Procesi sagorijevanja sa molekularnim teorijom kinetičkih gasova. Glavne odredbe molekularno-kinetičke teorije. Agregatno stanje tvari

Sadržaj članka

Molekularna kinetička teorija- Odjeljak molekularne fizike, koji proučava svojstva tvari na temelju zastupanja o njihovoj molekulijskoj strukturi i određenim zakonima interakcije između atoma (molekula), od kojih se sastoji supstanca. Vjeruje se da su čestice tvari u neprekidnom, neurednom pokretu i ovaj pokret se shvaća kao toplo.

Do 19 veka Vrlo popularna osnova toplotne obrade bila je termalna teorija vozila ili neka tečna supstanca koja teče iz jednog u drugo. Tijelo grijanja nastalo je zbog povećanja, a hlađenje - smanjenje toplotnog vozila sadržano unutar njih. Koncept atoma odavno se činio nepotrebnim za teoriju topline, ali mnogi naučnici su već intuitivno vezali toplinu kretanjem molekula. Dakle, posebno sam mislio da je ruski naučnik M.v. Lomonosov. Mnogo vremena prošlo je prije nego što je molekularno-kinetička teorija konačno pobijedila na umu naučnika i postala integralno blago u fizici.

Mnoge pojave u plinovima, tekućinama i krutima nalaze se kao dio molekularno-kinetičke teorije jednostavnog i uvjerljivog objašnjenja. Tako pritisakGas proizveden na zidovima plovila u kojem se zaključuje, smatra se ukupnim rezultatom brojnih sudara molekula koji se brzo kreću s zidom, kao rezultat toga što im prenose njihov impuls. (Podsjetimo da je promjena impulsa po jedinici vremena prema zakonima mehanike na izgledu sile, a sile pripisuju se jediničnoj površini zida, a postoji pritisak). Kinetička energija kretanja čestica prosječno njihovim ogromnim brojem određuje šta je uobičajeno temperatura Tvari.

Porijeklo atomističke ideje, I.E. Ideje koje se sva tijela u prirodi sastoje od najmanjih nerazglednih čestica-atoma, vraćaju se u drevne grčke filozofe - Levkippu i Decroemitus. Prije više od dvije tisuće, napisalo je demokratiju: "... atomi su bezbroj u veličini i mnogi su u svemiru, kružeći u vrtlogu, a samim tim se sve rodi: vatra, voda, zrak, zemlja." Odlučujući doprinos razvoju molekularno-kinetičke teorije uveden je u drugoj polovini 19. stoljeća. Radovi velikih naučnika J.K. Maxwell i L. Boltsmann, koji su postavili temelje statističkog (vjerojatno) opisa svojstava tvari (uglavnom plina), koji se sastoje od ogromnog broja haotičnih molekula. Statistički pristup je generaliziran (u odnosu na bilo koju državu supstanci) početkom 20. stoljeća. U djelima američkog naučnika J. Bibija, koji se smatra jednim od osnivača statističke mehanike ili statističke fizike. Konačno, u prvih desetljeća 20. veka. Fizika je shvatila da ponašanje atoma i molekula pridržavaju se zakona neklasične, ali kvantne mehanike. Ovo je dalo snažan zamah na razvoju statističke fizike i dozvolilo je opisati niz fizičkih pojava koje ranije nisu objašnjene uobičajenim prikazima klasične mehanike.

Teorija molekularnih kinetičkih gasova.

Svaka molekula, koja leti do zida, prilikom sudara se s njim prenosi svoj puls zidom. Budući da brzina molekule s elastičnim sudarom sa zidom varira od vrijednosti v. prije - v., veličina prenesenog pulsa je 2 mV. Sila koja djeluje na površini zida d S. Tokom D. t., Vrijednost kompletnog pulsa koji se prenose svim molekulama dostigla je zid u ovom vremenskom periodu, I.E. F.= 2mV N. c. D. S./ D. t.gde N. c. Definirano izražavanjem (1). Za vrijednost tlaka p. = F./ D. S. U ovom slučaju nalazimo: p \u003d. (1/3)nmv2.

Da biste dobili konačni rezultat, možete odbiti da preuzmete iste molekule, raspodjelu neovisnih grupa molekula, od kojih svaka ima otprilike istu brzinu. Tada prosječna vrijednost tlaka prosječe kvadrat brzine u svim grupama molekula ili

Ovaj izraz se takođe može predstavljati kao

Ova je formula prikladna za pružanje drugih vrsta, množenje brojača i imena pod znakom kvadratnog korijena za broj avogadra

N / A. \u003d 6,023 · 10 23.

Ovdje M. = mN A. - atomska ili molekularna težina, vrijednost r \u003d kn A. \u003d 8.318 · 10 7 ERG naziva se konstanta gasa.

Prosječna brzina molekula u plinu, čak i na umjerenim temperaturama, ispada da je vrlo velika. Dakle, za molekule vodonika (H 2) kada sobna temperatura (T. \u003d 293K) Ova brzina je oko 1900 m / c, za molekule dušika u zraku - oko 500 m / s. Brzina zvuka u zraku pod istim uvjetima je 340 m / s.

S obzirom na to n. = N./V.gde V. - plin zauzet gasom N. - Ukupan broj molekula u ovom jačini, lako je dobiti efekte iz (5) u obliku poznatih zakona o plinu. Za to je ukupan broj molekula predstavljen u obliku N. = vN A.gde v.- Broj plinskih molova i jednadžbe (5) uzima

(8) pV = vRT.,

koja se naziva klapairone jednadžba - mendeleev.

S obzirom na to T. \u003d Pritisak na konstrukciju plina mijenja se srazmjerno zapreminu zauzera (Zakon Boyle - Mariotta).

U zatvorenom fiksnom krugu V. \u003d Tvrd const tlak izravno proporcionalno promjeni u apsolutnoj temperaturi plina T.. Ako je plin u uvjetima kada je njegov pritisak sačuvan konstantno p. \u003d Const, ali temperaturne promjene (takvi uvjeti mogu se izvesti, na primjer, ako postavljaju plin u cilindar, zatvorene klipom klipom), jačinu zauzet plinom promijenit će promjenu u svojoj temperaturi (Zakon Gay Lousesa).

Pretpostavimo da se u posudi nalazi mješavina gasova, tj. Postoji nekoliko različite sorte Molekuli. U ovom slučaju impuls koji prenosi zidom molekulama svake sorte ne ovisi o prisutnosti molekula drugih sorti. Stoga to slijedi pritisak mješavine idealnih gasova jednak je količini djelomičnih pritisaka koji bi svaki plin stvorio zasebno ako je zauzet cijeli volumen. To se sastoji od drugog zakona plina - poznati zakon Dalton.

Molekuli besplatnih staza . Jedan od prvih u koji je još u 1850. godini dao razumne procjene veličine prosječne toplinske brzine molekula različitih plinova, bilo je austrijskog fizičara Clausius. Dobili su neobične visoke vrijednosti ovih brzina odmah izazvale prigovore. Ako su brzine molekula zaista tako sjajne, tada bi miris bilo koje mirisne supstance gotovo odmah raširiti s jednog kraja zatvorene sobe u drugu. U stvari, širenje mirisa javlja se vrlo sporo i provodi se, kao što je sada poznato, kroz proces takozvane difuzije u Gazi. Clausius, a potom i drugi istraživači, uspeli su da daju ubedljivo objašnjenje za ovaj i druge procese prenosa u plinu (kao što su toplotna provodljivost i viskoznost) koristeći koncept srednje dužine slobodne vožnje molekule , oni. Prosječna udaljenost koja leti molekula iz jednog sudara na drugu.

Svaka molekula u Gazi doživljava vrlo veliki broj sudara s drugim molekulama. U intervalu između sudara, molekuli se kreću gotovo ravno, doživljavajući oštre promjene ubrzanju samo u vrijeme sudara. Naravno, duljine ravnih dijelova na putu molekule mogu biti različite, pa ima smisla govoriti samo o određenoj prosječnoj dužini slobodne kilometraže molekula.

Tokom D. t. Molekula prelazi složeni zigzag stazu jednak v.D. t.. Došlo je do putanja putanje na ovom putu kao sudara. Neka bude Z. znači broj sudara koji doživljava molekulu po jedinici vremena, prosječna dužina slobodne staze je tada omjer dužine staze N 2, na primjer, na primjer, sVEDOK JOVANOVIĆ - ODGOVOR: "2.0 · 10-10 m. Tablica 1 prikazuje vrijednosti izračunate formulom (10) u ICM (1MKM \u003d 10 -6 m) za neke plinove u normalnim uvjetima ( p. \u003d 1amm, T.\u003d 273k). Ove vrijednosti se ispostavile da su otprilike 100-300 puta više od gipke molekula.

Šta je molekularna kinetička teorija

Definicija

Molekularna kinetička teorija (MKT) je dio molekularne fizike, koja stoji na proučavanju svojstava tvari na temelju njihove unutarnje molekularne strukture.

Glavni postulat MTT-a: tvar se sastoji od molekula koji su kontinuirano haotični i međusobno komuniciraju u skladu sa određenim zakonima. Kretanje molekula se shvata kao termalno. Mnoge pojave koje se javljaju u plinovima, tekućinama ili krutima objašnjava se sa stanovišta IKT-a. Na primjer, pritisak proizveden plinom na zidovima plovila objašnjava se kao rezultat brojnih sudara plinskih molekula na zidovima plovila. Istovremeno, molekuli prenose njihove impulsne zidove. Prosječna energija kinetičke čestice određuje takav makroparametar kao temperaturu.

MTC i statistička fizika

Molekularna kinetička teorija u potpunosti se temelji na statističkim metodama. Stoga se često naziva statistička fizika.

Definicija

Statistička fizika nazivaju dionica fizike u kojoj se proučavaju makroskopska svojstva sistema koji se sastoje od vrlo velikog broja čestica (molekula, atoma, elektrona), kroz svojstva ovih čestica i interakcije između njih.

Statistička fizika razmatra sisteme koji su u ravnotežnom stanju (ravnotežna statistička fizika) i ne ravnoteža stanja fizičke kinetike.

Kako se izgradi takva fizika? Za razliku od termodinamike, pristupa se opći principi, a iz modela molekularne strukture predmeta koji se razmatra. Naginjeni na mehaniku (atomi se smatraju kao mehanički sistemi) I potrebna je statistika, tada jedan ili drugi termodinamički uzorci. Njegova glavna prednost je velika dubina objašnjenja, promatranih nekretnina i pojava. Thermodinamika čistog ("fenomenološkog") opisuje interna svojstva tijela bez analize njihove strukture. U čistoj termodinamici, na primjer, ne postoji koncept atoma. Statistička fizika, naprotiv, počinje studirati pojave iz opisa strukture tijela. Možda nije angažirana detaljan opis Atomi, međutim, atomi, njihovo kretanje, njihova interakcija su osnovni pojmovi statističke fizike na kojima je model izgrađen. Ovaj model na jedan ili drugi način pojednostavljuje koji dovodi do ograničenih zaključaka dobivenih na njenoj osnovi.

Statistički obrasci

Ponašanje sistema koji se sastoji od velikog broja čestica određuje se statističkim obrascima koji se značajno razlikuju od zakona mehanike. Ponašanje pojedinačnih čestica koje unose u sistem, na primjer, putanje čestica, sa statističkim opisom sistema je neznatan. Stoga se proučavanje svojstava sustava svodi na pronalaženje prosječnih vrijednosti fizičkih količina koje karakterizira stanje sistema u cjelini. Bitna razlika sistema koji su podložni statističkom zakonu je da ponašanje i nekretnine u velikoj mjeri ovise o njihovoj početnoj državi.

Odnos između dinamičkih obrazaca (koji opisuje pokrete pojedinih čestica) i statističkih obrazaca očituje se u činjenici da su svojstva makroskopskog sustava određena zakonima kretanja pojedinih čestica.

U statističkoj fizici koristi se ergodička hipoteza. Prema ovoj hipotezi, pretpostavlja se da je u termodinamički ravnotežnom sustavu prosječna vrijednost fizičkih količina koje karakterizira sistem jednaka njihovim prosječnim statističkim vrijednostima, odnosno srednja statistička na jedinstvenu raspodjelu faznih točaka u tankom sloju energija izračunata u istom vremenu vremena.

U klasičnoj statističkoj fizici vjeruje se da u termodinamički ravnotežnom sustavu postoji zakon jedinstvene distribucije energije:

na svakom stepenu slobode čestica koje formiraju sistem, u prosjeku postoji ista kinetička energija, jednaka:

gdje je $ i $ broj stupnjeva slobode molekule, K-Constant Boltzmann, T - termodinamičke temperature.

Sa oscilatornim pokretom čestica ima i kinetičku i potencijalnu energiju. Ako su oscilacije harmonične, tada su kinetička i potencijalna energija jednaka jedna drugoj. Stoga je jedan oscilatorni stupanj slobode za prosječnu energiju jednak:

Primjer 1.

Kao jedan od primjera upotrebe molekularno-kinetičke teorije, možemo razmotriti izlaz pritiska plina.

Razmislite o pritisku savršenog plina u stanju ravnoteže.

Pritisak se određuje silom $ \\ trokuta F $, sa kojim preše za plin po jedinici površine $ \\ trougla s $ plovila:

Sila je zamah koja se prenosi iz tijela u tijelo u sekundi:

\\ [\\ trokut \\ Preverighrrow (F) \u003d \\ frac (\\ trokut \\ Preveritelj za (p)) (\\ trokut t) (1.2) \\]

To znači pronaći pritisak plina, morate pronaći koji zamah prenosi plinsku jedinicu zidnog područja plovila u sekundi. Mi ćemo se pozabaviti ovim izračunom. Pretpostavljamo da se sudar zasebne molekule sa zidom plovila posluže zakonima elastičnog sudara: molekul odbija od zida početnim pulsom u modulu i ugao pada jednak kutu Refleksije (Sl. 1).

U ovom slučaju, od molekule zida samo x - prenosi se pulsni komponenta:

\\ [\\ trokut p_x \u003d mv_x- \\ lijevo (-mv_x \\ desno) \u003d 2mv_x \\ (1.3) \\]

Kretanje molekula u smjeru ostalih osovina koordinata tijekom prijenosa pulsa odabranog zida nije značajno, a možemo pretpostaviti da se molekuli kreću samo uz X osi. (Pokret na drugim osovinama bit će uzet u obzir na kraju izračuna.) Pronaći ćemo broj sudara molekula na platformi s jednim zidnim područjem u sekundi, ako je brzina molekula $ V_X $. Lako je shvatiti da je ovaj broj molekula na određenoj brzini u cilindru sa postoljem u jediničnom području i visini, numerički jednako $ v_x $. (Sl. 2) u stvari, molekule izvan ovoga Cilindar neće pasti u sekundi na drugoj unaprijed određenoj jedinici područja zida (ili neće letjeti do zida ili će biti zakačen oko zida koji nije u mjestu).

Naprotiv, svi molekuli koji padaju u cilindar, prolazeći stazom od $ V_X $ u sekundi, pat će na ovo područje plovila. Označite broj molekula s datom brzinom $ V_X $ i u jedinici zapremine plina, putem $ N_ (VX) $, a zatim broj molekula koji ulaze u cilindar ili broj molekula koji se borili na zidu s brzinom od $ v_x $ je: $ v_xn_ (vx) $.

Ove molekule prenose se pulsnim zidom, jednak:

\\ [2mv_xv_xn) _ (vx) \u003d 2mv ^ 2_xn_ (vx) \\ lijevo (1,4 \\ desno) \\]

Ukupni impuls koji dobija zid na području jedinice, i.e. Tlak plina određuje se sažetom takvih izraza u svim mogućim pozitivnim vrijednostima brzine molekule:

Označite od N, ukupan broj molekula u količini zapremine plina. Polovina njih leti na zid (ima brzinu $ v_x\u003e 0 $). Prepisujemo formulu (1,5) u obliku:

a mi uzimamo u obzir da je izraz $ \\ frac (\\ suma \\ limits_ (v_x\u003e 0) (v ^ 2_xn_ (vx))) (\\ frac (n) (2)) $ je prosječni kvadrat brzine molekula. Srednje vrijednosti će biti označene za nosače $$. Shodno tome, formula (1.6) može se prepisati tako:

Konačno, uzimamo u obzir da molekuli molekula plina puše na vodootporan (plinski izotopopen), i, dakle,

\[ =++=3 (1.8)\]

Stoga će se konačno formula za pritisak plina biti predstavljena kao:

Dakle, pritisak idealnog plina u ravnoteži ravnopravno je jednak dvije trećine proizvoda prosječne kinetičke energije translacijskog pokreta molekule plina po broju molekula po jedinici zapremine plina.

Primer 2.

Zadatak: Kisik je u posudi na t \u003d 300k. Odrediti prosječnu energiju rotacijskog pokreta molekula.

Rješenje: Kiseonik ima u 2 atom molekula, stoga ima 2 rotacijska stupnjeva slobode, za izračunavanje energije, koristimo formulu (2.1) na I \u003d 2:

\\ [\u003d \\ Frac (i) (2) kt \u003d kt (2.1) \\]

Izrežite:

\\ [Odgovor: Prosječna energija rotacijskog kretanja molekula kisika je 4,14 dolara \\ CDOT 10 ^ (- 21) j $.

Ovaj video tutorial posvećen je temi "Glavne položaje MTK-a. Struktura tvari. Molekula ". Ovdje ćete naučiti da se molekularno-kinetička teorija (ICT) studira u fizici. Upoznajte se sa tri glavne odredbe o kojima se MTK ima. Prepoznati ono što su određene fizička svojstva Tvari i koje predstavljaju atom i molekulu.

Za početak, sjetimo se svih prethodnih dijelova fizike koje smo proučavali i razumijemo da smo sve ovo vrijeme razmotrili procese koji se odvijaju makroskopskim tijelima (ili makromirskim objektima). Sada ćemo proučavati njihovu strukturu i procese koji teče u njima.

Definicija. Makroskopsko tijelo- tijelo koje se sastoji od velikog broja čestica. Na primjer: automobil, čovjek, planeta, bilijar lopta ...

Mikroskopsko telo -tijelo koje se sastoji od jedne ili više čestica. Na primjer: atom, molekula, elektron ... (Sl. 1)

Sl. 1. Primjeri mikro i makro objekata, respektivno

Definiranjem predmeta proučavanja kurseva MTKT-a, sada biste trebali razgovarati o osnovnim svrhama koje me postavlja MTC stopu, naime:

1. Proučavanje procesa koji se javljaju unutar makroskopskog tijela (pokret i interakcija čestica)
2. Svojstva tijela (gustoća, težina, pritisak (za gasove) ...)
3. Studija fenomena toplote (hlađenje grijanja, promjene u agregatnim državama tijela)

Studija ovih pitanja koja će se održati u cijeloj temi, sada će započeti činjenicom da ćemo formulisati takozvane osnovne položaje MTK-a, odnosno neke izjave, čija se istina ne sumnja u duže vrijeme, a , gurajući se iz kojeg će se izgraditi čitav dalji tečaj.

Mi ćemo ih analizirati zauzvrat:

Sve tvari se sastoje od veliki broj Čestice - molekuli i atomi.

Definicija. Atom- Najmanja čestica hemijskog elementa. Veličina atoma (njihov prečnik) je reda, vidi, vrijedi napomenuti da različite vrste atoma, za razliku od molekula, relativno malo. Sve njihove sorte koje su danas poznato po osobi sakupljaju se u takozvanom mendeleev stolu (vidi Sl. 2)

Sl. 2. Periodična tablica hemijskih elemenata (u osnovi sorti atoma) D. I. Mendeleev

Molekula- Strukturna jedinica tvari koja se sastoji od atoma. Za razliku od atoma, više su i teže od potonjeg, a najvažnije, imaju ogromnu sortu.

Supstanca čiji se molekuli sastoje od jednog atoma koja se zove atomskiiz više - molekularni. Na primjer: kisik, voda, sol () - molekularna; Helium srebro (HE, AG) - Atomic.

Štaviše, treba shvatiti da će svojstva makroskopske tela ovisiti ne samo o kvantitativnim karakteristikama njihovog mikroskopskog sastava, već i iz visokokvalitetnog.

Ako tvar ima određenu geometriju u strukturi atoma ( kristalne rešetke), ili, naprotiv, nema, tada će ta tijela biti svojstvena različitim nekretninama. Na primjer, amorfna tijela nemaju strogu talište. Većina poznati primjer - Ovo je amorfni grafit i kristalni dijamant. Obje tvari sastoje se od atoma ugljika.

Sl. 3. Grafit i dijamant, respektivno

Dakle, "iz koliko, u kojem su međusobni aranžman i koji atomi i molekuli su supstanca?" - Prvo pitanje, odgovor na koji će nas dovesti do razumevanja nekretnina Tel.

Sve čestice gore spomenute su u kontinuiranom toplinskom haotičnom pokretu.

Baš kao i u gore razmatranim primjerima, važno je razumjeti ne samo kvantitativne aspekte ovog pokreta, već i kvalitativne za različite tvari.

Molekule i čvrste tijela Atomi čine samo male fluktuacije u pogledu njihovog stalnog položaja; Tečnost - takođe čine oscilacije, ali zbog velike veličine Intermolekularni prostor ponekad se mijenjaju u mjestima jedno s drugim; Čestice plina, zauzvrat, praktično bez neuspjeha, tečno se kreću u prostoru.

Čestice međusobno komuniciraju.

Interakcija je elektromagnetska priroda (interakcija jezgra i atoma elektrona) i djeluje u oba smjera (i privlačenje i odbojnost).

Evo: d. - udaljenost između čestica; sVEDOK JOVANOVIĆ - ODGOVOR: - Veličine čestica (prečnik).

Po prvi put je koncept "atoma" uveo drevni grčki filozof i prirodno demokratiju (Sl. 4). U kasnijem periodu aktivno se zapitao o strukturi mikroworlda ruskog naučnika Lomonosova (Sl. 5).

Sl. 4. Demokrat

Sl. 5. Lomonosov

U sljedećoj lekciji uvodimo metode kvalitativnog opravdanja po glavnim odredbama IKT-a.

Bibliografija

1. Myakyshev G.Ya., Sinyakov A.z. Molekularna fizika. Termodinamika. - M.: Pad, 2010.
2. GENTENDENTESTEIN L.E., Dick Yu.i. FIZIKA 10 klasa. - M.: Ilex, 2005.
3. Kasyanov v.a. FIZIKA 10 klasa. - M.: Pad, 2010.

1. Elementi.ru ().
   
2. Samlib.ru ().
3. YouTube ().

Zadaća

1. * Zašto je moguće napraviti eksperiment na mjerenju veličine molekula ulja prikazanog u video tutorialu?
2. Zašto molekularno-kinetička teorija ne smatra organskim spojevima?
3. Zašto je čak i vrlo mali pijesak makromirski objekt?
4. Snaži uglavnom ono što priroda djeluje na čestice iz drugih čestica?
5. Kako utvrditi je li neka vrsta hemijske strukture hemijski element?

Svaka supstanca fizika smatra kombinacijom najmanjih čestica: atomi, molekula i jona. Sve ove čestice su u neprekidnom haotičnom pokretu i međusobno komuniciraju uz pomoć elastičnih sudara.

Atomska teorija - osnova molekularno-kinetičke teorije

Demokciju

Molekularna kinetička teorija nastala je u Drevna Grčka Prije oko 2500 godina. Njegova fondacija se smatra atomska hipoteza , sa kojima su bili autori drevni grčki filozof Levkipp i njegov student drevni grčki naučnici Demokrit Iz grada Abdare.

Levkipp

Levkipp i demokratis pretpostavljali su da se sve materijalne stvari sastoje od nedjeljivih najmanjih čestica zvanih atomi (od grčkogἄτομος - nedjeljiv). A prostor između atoma ispunjen je prazninom. Svi atomi su veličine i oblika, kao i sposobni za kretanje. Pristalice ove teorije u srednjem vijeku bili su Jordan Bruno, Galilej, Isaac Beckman I drugi naučnici. Temelji molekularno-kinetičke teorije postavljeni su u radu "hidrodinamike", objavljene 1738. godine od strane njegovog autora bio je švicarski fizičar, mehaničar i matematičar Daniel Bernoulli.

Glavne odredbe molekularne kinetičke teorije

Mihail Vasilyevich Lomonosov

Teorija atomske strukture tvari, koju je Veliki ruski naučnik razvio u XVIII veku, najbliži je modernoj fizici. Mihail Vasilyevich Lomonosov. Tvrdio je da se sastoje sve tvari molekuleKako je zvao corpuscles . I Corpuscles, zauzvrat se sastoje od atomi . Teorija Lomonosova dobila je ime corpuskularni .

Ali kako se ispostavilo, atom je podijeljen. Sastoji se od pozitivnog nabijenog nukleusa i negativnih elektrona. I uopšte je električno neutralan.

Moderna nauka poziva atom Najmanji dio hemijskog elementa koji je nosilac njegovih glavnih svojstava. Izrađene obveznice povezane atomima molekulama. U molekuli mogu biti jedan ili nekoliko atoma istih ili različitih hemijskih elemenata.

Sva tijela sastoje se od ogroman broj čestica: atomi, molekula i jona. Te su čestice kontinuirano i haotične kreću. Njihovo pokret nema definitivan smjer i naziva se termički pokret . Tokom svog pokreta čestice međusobno djeluju sa apsolutno elastičnim sudarima.

Ne možemo promatrati molekule i atome golim okom. Ali možemo vidjeti rezultat njihovih postupaka.

Potvrda glavnih odredbi molekularno-kinetičke teorije su: difuzija , brownoan Motion i promjena agregatne stanja supstanci .

Difuzija

Difuzija u tečnosti

Jedan od dokaza stalnog kretanja molekula - fenomen difuzija .

U procesu kretanja molekule i atoma iste supstance prodire između molekula i atoma druge supstance u kontaktu s njom. Molekuli i atomi druge tvari se ponašaju na isti načinodnos na prvu. I nakon nekog vremena molekuli obje tvari su ravnomjerno raspoređeni u cijelom volumen.

Pozva se proces prodora molekula jedne supstance između molekula drugog difuzija . Sa fenomenom difuzije, svakodnevno se susrećemo kod kuće kada spuštamo vrećicu čaja u čašu kipućom vodom. Pridržavamo kako se bezbojna voda ključala mijenja svoju boju. Bacanje u testnu cijev s vodom nekoliko kristala mangana, možete vidjeti da je voda obojena u ružičastoj boji. Takođe je difuzija.

Naziva se broj čestica u jedinici zapremine koncentracija Tvari. U difuziji se molekuli prelaze iz tih dijelova tvari, gdje je koncentracija veća u onim dijelovima gdje je manje. Molekuli pokreta se zovu protok difuzije . Kao rezultat difuzije koncentracija u različitim dijelovima tvari, usklađen je.

Difuzija se može primijetiti u plinovima, tekućinama i čvrstim tijelima. U gasovima se javlja s većom brzinom nego u tečnostima. Znamo kako brzo širi mirise u zraku. Mnogo polako mrlja tekućinu u cijevi, ako se tinta padne u njega. A ako stavimo na dno kapaciteta vodom kristala tablice soli i ne miješamo se, to će se održati ne jedan dan prije nego što rješenje ne postane homogena.

Difuzija se događa na granici kontaktiranja metala. Ali njegova brzina u ovom slučaju je vrlo mala. Ako pokrijete bakar zlatom, a zatim na sobnoj temperaturi i atmosferskom tlaku, zlato će biti pleteno u bakrama samo nekoliko mikrona u nekoliko hiljada godina.

Vodstvo iz Ingota, postavljeno pod opterećenje na Goldst Ingotu, prodiret će ga samo na dubinu od 1 cm za 5 godina.

Difuzija u metalima

Difuzijska brzina

Stopa difuzije ovisi o presjeku protoka, razliku od koncentracija tvari, razliku između njihovih temperatura ili troškova. Kroz štap s promjerom 2 cm, toplina se distribuira 4 puta brže od šipke promjera 1 cm. Što je veća temperatura temperatura tvari, što je veća brzina difuzije. Sa toplotnom difuzijom, njegova brzina ovisi o toplotna provodljivost materijal i u slučaju struje električnih troškova - od električna provodljivost .

Fika Law

Adolf FIK

1855. njemački fiziolog Adolf Evgeny Fick napravio je prvi kvantitativni opis procesa difuzije:

gde J. - gustoća difuzijski tok materije,

D. - koeficijent difuzije,

C. - koncentracija tvari.

Supstanca protoka difuzije difuzijeJ. [CM -2 · S -1 ] proporcionalan koeficijentu difuzijeD. [CM -2 · S -1 ] i gradijent koncentracije uzet sa suprotnim znakom.

Ova jednadžba se zove prva FIC jednadžba .

Difuzija, kao rezultat čija su koncentracije tvari usklađene, zvane ponacionalna difuzija . Sa takvom difuzijom, gradijent koncentracije varira s vremenom. I u slučaju stacionarna difuzija Ovaj gradijent ostaje konstantan.

Brownoan Motion

Robert Brown.

Otvorio ovaj fenomen škotskog škotskog nerda Roberta Brown 1827. Studirao pod mikroskopom ponderiranim citoplazmatskim zrncima, izolirano iz ćelija polena sjevernoameričke biljkeClarkia. pulchellaPovukao je pažnju na najmanja teška žitarica. Drhtali su i polako se preselili bez ikakvog vidljivi razlozi. Ako temperatura tečnosti raste, brzina čestica povećana je. Dogodilo se i kada se veličina čestica smanjila. A ako su se njihova veličina povećala, temperatura tečnosti se smanjila ili se povećala njena viskoznost, pokret čestica usporila se. A ove neverovatne "plesove" čestica mogu se posmatrati na neodređeno. Odlučiti da je razlog za ovaj pokret taj što su čestice žive, smeđa je zamijenila čestice ugljena zrna. Rezultat je bio isti.

Brownoan Motion

Da ponovite eksperimente smeđeg jezika da biste imali najobičniji mikroskop. Veličina molekula je premala. I smatrajte ih da je ovaj uređaj nemoguć. Ali ako naknadno obojimo vodu u cijevi, a zatim ga pogledamo u mikroskopu, vidjet ćemo malene oslikane čestice koje se nasumično kreću. To nisu molekule, ali boju čestice ponderisane u vodi. I pomaknite ih prisiljavajući molekule vode koji su ih udarili sa svih strana.

Tako su svi vidljivi u česticama mikroskopa u suspendovanju državi u tečnostima ili plinovima ponašaju se. Njihov slučajni pokret uzrokovan toplinskom kretanju molekula ili atoma naziva se brownian pokret . Brownka čestica kontinuirano je izložena šokama iz molekula i atoma iz kojih se tekućina i plinova sastoje. A ovaj pokret se ne zaustavlja.

Ali u Brownian Motion-u, čestice do 5 mikrona (mikrometri) mogu sudjelovati. Ako je njihova veličina više, oni su fiksni. Što je manja veličina smeđe čestice, brže se kreće. Čestice manje od 3 mikrona kreću se progresivno na svim složenim putanjem ili zakretanje.

Brown sam nije mogao objasniti otvoreni fenomen. I samo u XIX veku naučnici su pronašli odgovor na ovo pitanje: kretanje Brownanskih čestica uzrokovano je uticajem na njih toplotno kretanje molekula i atoma.

Tri stanja materije

Molekuli i atomi, od kojih se supstanca sastoji, nisu samo u pokretu, već i međusobno međusobno komuniciraju, privlačeći se međusobno ili guranje.

Ako je udaljenost između molekula uporediva sa njihovim dimenzijama, a zatim doživljavaju privlačnost. Ako postane manje, odbojnost počne prevladavati. Ovo objašnjava otpor fizičkih tijela deformacije (kompresije ili istezanje).

Ako se tijelo komprimira, umanjena je udaljenost između molekula, a odbojnost sile će pokušati vratiti molekule u prvobitno stanje. Prilikom istezanja deformacije tijela ometat ću snagu privlačnosti između molekula.

Molekuli komuniciraju ne samo unutar istog tijela. Stavite komad tkanine u tečnost. Videćemo da se pogoršava. To se objašnjava činjenicom da se molekuli tekućine privlače čvrstim tijelima teže nego jedni s drugima.

Svaka fizička supstanca, ovisno o temperaturama i pritiscima, može biti u tri države: čvrsto, tečno ili gasovit . Zovu se agregat .

U gasovima Udaljenost između molekula je Veliko. Stoga su snage privlačnosti između njih tako slabe da počine haotičan i praktično slobodan pokret u prostoru. Smjer njegovog pokreta koji se mijenja, udarajući jedni druge ili zid plovila.

U tečnosti Molekuli su bliži jedni drugima od plina. Snaga privlačenja između njih je više. Molekuli u njima više nisu besplatni, već haotični fluktuirani u blizini ravnotežnog položaja. Ali oni su u stanju da skoče u pravcu vanjske sile, mijenjajući mesta međusobno. Rezultat toga je tok tekućine.

U čvrstom tijelima Sile interakcije između molekula vrlo su velike zbog bliske udaljenosti između njih. Privlačenje susjednih molekula koje ne mogu prevladati, pa su, stoga, samo oscilatorni pokreti mogu obavljati položaj ravnoteže.

Klizna tijela zadržavaju volumen i oblik. Formični obrazac nema, uvijek uzima oblik plovila u kojem se nalazi ovaj trenutak. Ali njen svezak je sačuvan. Na drugačiji način se ponašaju gasovita tijela. Lako mijenjaju oblik, a jačinu, uzimanjem oblika plovila u kojem su postavljeni i zauzimaju svu volumen koji im je pružena.

Međutim, postoje i takva tijela koja imaju strukturu tekućine imaju malu fluidnost, ali sposobna je očuvati obrazac. Takva su tijela nazivaju amorfan .

Moderna fizika ističe četvrto zbirno stanje materije - plazma .

1.1. Termodinamički parametri. @

Mentalno namjenski makroskopski sustav, koji se razmatra metodama termodinamike, naziva se termodinamički sistem. Sva tijela koja nisu uključena u sistem u studiju se nazivaju vanjsko okruženje. Status sustava definiran je termodinamičkim parametrima (ili, u različitim, državnim parametrima) - skup fizičkih količina karakterizirajući svojstva sistema. Obično, pritisak p, temperatura t i specifična jačina v-a izabran su kao glavni parametri. Postoje dvije vrste termodinamičkih parametara: opsežno i intenzivno. Opsežni parametri su proporcionalni količini tvari u sistemu, a intenzivan ne ovisi o količini supstanci i masovnog sustava. Intenzivni parametri su pritisak, temperatura, specifična jačina zvuka itd. I opsežna - jačinu, energija, entropija.

Volumen je proporcionalan količini tvari u sistemu. Prikladnije je pogodnije za rad sa specifičnom jačinom V - to je vrijednost jednaka omjeru glasnoće do mase sustava, odnosno jačine jedinice mase V \u003d V / M \u003d 1 / ρ, gdje je ρ gustoća tvari.

Pritisak se naziva fizičkom vrijednošću u kojoj je DF N projekcija sile na normalnoj do površine DS površine.

Temperatura je fizička količina koja karakterizira energiju makroskopskog sistema u stanju termodinamičke ravnoteže. Temperatura sustava je mjera intenziteta termičkog pokreta i interakcije čestica koje čine sustav. To se sastoji od molekularnog kinetičkog značenja temperature. Trenutno postoje dvije temperaturne vage - termodinamička (ocijenjena u Kelvinu (k)) i međunarodnom praktičnom (ocijenjen u stupnjevima Celzijusa (˚S)). 1 ° C \u003d 1K. Odnos između termodinamičke temperature T i temperature na međunarodnoj praktičnoj skali su: T \u003d T + 273,15˚S.

Svaka promjena stanja termodinamičkog sustava, koju karakteriše promjena njegovih parametara naziva se termodinamički proces. Termodinamički proces naziva se ravnotežom ako sistem prođe niz beskonačno bliskih ravnotežnih stanja. State ravnoteže je takva država u kojoj sistem dolazi na kraju pod nepromijenjenim vanjskim uvjetima i dalje ostaje u ovom stanju koliko godina. Pravi proces promjene stanja sustava bit će bliži ravnoteži, sporiji je izveden.

1. 2. Jednadžba stanja idealnog plina. @

U molekularno-kinetičkoj teoriji, fizički model idealnog plina široko se koristi. Ovo je plinozna supstanca za koju se slijede sljedeći uvjeti:

1. Vlastiti obim molekula plina je zanemariv u odnosu na volumen plovila.

2. Ne postoje interakcije između plinskih molekula, osim slučajnih sudara.

3. Sudari molekula plina između sebe i sa žilićima sa plovilama apsolutno elastični.

Model idealnog plina može se koristiti u istraživanju stvarnih gasova, jer Tokom uvjeti u blizini normalnog (pritisak P 0 \u003d 1.013 ∙ 10 5 PA, temperatura T 0 \u003d 273,15K) se ponaša na idealan plin. Na primjer, zrak na t \u003d 230K i P \u003d P 0/50 za sva tri kriterija slična je modelu savršenog plina.

Ponašanje idealnih gasova opisano je niz zakona.

AVOGADRO-ovi zakon: moljaci bilo kojeg plina na istoj temperaturi i pritisku zauzimaju iste količine. U normalnim uvjetima, ovaj je jačini jednak V M \u003d 22,4 ∙ 10 -3 m 3 / mol. U jednom molu raznih supstanci sadrži isti broj molekula, nazvan je broj avogadro n a \u003d 6.022 ∙ 10 23 MOL -1.

Boyleov zakon - Mariotta: Za ovu masu plina na konstantnoj temperaturi, proizvod pritiska plina na njegovoj količini je vrijednost stalnog PV \u003d Const s t \u003d const i m \u003d const.

Charles Act: Pritisak ove mase plina na konstantnom volumenu varira linearno s temperaturom P \u003d P 0 (1 + αt) na V \u003d Const i M \u003d Const.

Gay-Loursakov zakon: volumen ove mase plina na konstantnom tlaku mijenja se linearno s temperaturom V \u003d v 0 (1 + αt) na p \u003d const i m \u003d const. U ovim jednadžbama t - temperatura na Celzijusu skali, P 0 i V 0 pritiska i zapremine na 0 ° C, koeficijent α \u003d 1 / 273.15 do -1.

Francuski fizičar i inženjer B. Clapeiron i ruski naučnik D.i. Iveleev, ujedinjavajući avogadro pravo i zakone idealnih plinova Boylea - Mariotta, Charles i Gay - Loursak, donijeli su jednadžbu stanja idealnog plina - jednadžbu koja povezuje sva tri termodinamički parametri Sistemi: za jedan molitvi plin PV M \u003d RT i za proizvoljnu plinsku masu

Može se dobiti ako smatrate da je k \u003d r / n a \u003d 1,38 ∙ 10 -23 j / k konstantni boltzmann i n \u003d n a / v m je koncentracija plinskih molekula.

Za izračunavanje pritiska u mješavini različitih gasova koristi se udruženje Daltona: tlak mješavine idealnih plinova jednak je zbroju djelomičnih pritisaka plinova uključenih u njega: P \u003d p 1 + P 2 + ... + P n. Djelomični tlak je takav pritisak koji bi proizveo plin uključen u plinsku smjesu ako je zauzeo jačinu jednaku količini smjese na istoj temperaturi. Da bi se izračunali djelomični pritisak idealnog plina, koristi se jednadžba mendeleeval-Clapierone.

1. 3. Glavna jednadžba molekularne - kinetičke teorije idealnih gasova i njenu posljedicu. @

Razmislite o monohidrom idealnom plinu, koji zauzima neku količinu v (Sl. 1.1.) Obavijesti broj sudara između molekula zanemariv u odnosu na broj sudara sa zidovima plovila. Izdvajamo na zidu plovila nekom elementarnom području Δs i izračunavamo pritisak na ovoj web stranici. Sa svakim sudarom molekule, Molese M 0, krećući se okomito na brzinu brzinom u brzini, što je razlika molekula impulsa prije i nakon sudara:

m 0 υ - (- m 0 υ) \u003d 2m 0 υ.

Tijekom Δt platforme ΔS, samo su ti molekuli postignuti u količini cilindra s bazom ΔS i dužinom υΔt. Ovaj broj molekula bit će nυδsΔt, gdje je n koncentracija molekula. Potrebno je, međutim, potrebno uzeti u obzir da zapravo molekuli prelaze na mjesto u različitim uglovima i imaju različite brzine, a brzina molekula se mijenja sa svakim sudarom. Da bi se pojednostavili proračuni, haotično kretanje molekula zamijenjeno je pokretom duž u tri međusobno okomičke koordinatne osi, tako da u bilo koje vrijeme postoji 1/3 molekula duž svake od njih, pola - 1/6 - pomiče na jedan način, pola - u suprotnom. Zatim broj udaraca molekula koji se kreću u određenom smjeru, Δs platforma će biti nυδsΔt / 6. Kada će se sudar sa platformom, ovi molekuli prenijeti na IT impuls

U ovom slučaju, kada je sila koja djeluje po jedinici površine konstantna, možemo napisati p \u003d f / δs \u003d Δp / δsΔt \u003d nm 0 υ 2/3 na tlak plovila na zidu plovila. Molekuli u plovili se kreću s najčešćim brzinama nd 1, υ 2 .... nd n, ukupan broj njih je N. Stoga je potrebno razmotriti prosječnu kvadratnu brzinu, što karakterizira cijeli skup molekula:

Iznad jednadžbe je glavna jednačina molekularno-kinetičke teorije idealnih plinova. Od m 0 \u003cυ kv\u003e 2/2 je prosječna energija prelaska molekula \u003cε post\u003e, jednadžba se može prepisati kao:
Gdje je etata ukupna kinetička energija progresivnog pokreta svih plinskih molekula. Dakle, pritisak je jednak dvije trećine energije progresivnog pokreta molekula sadržanih u jedinici zapremine plina.
Pronaći ćemo drugu kinetičku energiju translačkog kretanja jedne molekule \u003cε post\u003e, dat

k \u003d r / n A dobili smo:

Slijedi da prosječna kinetička energija kaotično prelaska kretanja idealnih plinskih molekula proporcionalna je svojoj apsolutnoj temperaturi i ovisi samo o tome, i.e. Temperatura je kvantitativna mjera topline toplotnog pokreta molekula. Na istoj temperaturi prosječne kinetičke energije svih molekula plina su iste. Kada je T \u003d 0k \u003cε post\u003e \u003d 0 i translaciono kretanje plinskih molekula prestaje, ali analiza različitih procesa pokazuje da t \u003d 0k - nedostižna temperatura.

4. S obzirom na to da \u003cε post\u003e \u003d 3KT / 2, p \u003d 2n \u003cε Post\u003e / 3, dobivamo odavde: P \u003d NKT.

Već smo primili varijantu jednadžbe Mendeleev-Klapairone, izvedenog u ovom slučaju iz koncepata molekularno-kinetičke teorije statističke metode. Potonja jednadžba znači da sa istim temperaturom i pritiskom, svi plinovi sadrže isti broj molekula po jedinici.

1. 4. Barometrijska formula. @

U izlazu glavne jednadžbe molekularno-kinetičke teorije, pretpostavljalo se da ako nema vanjskih sila na molekulama plina, molekuli su ravnomjerno raspoređeni u količini. Međutim, bilo koji molekuli plina nalaze se u potencijalnom području zemljišta. Molekule, s jedne strane, i toplotno kretanje molekula, s druge strane, vode u određeno nepomično stanje plina u kojem koncentracija molekula plina i njegov pritisak s smanjenjem visine. Povući ćemo zakon promjene pritiska plina visine, pretpostavljajući da je polje jednoliko, temperatura je stalna i masa svih molekula je ista. Ako a pritisak atmosfere Na visini H je jednak p, a zatim na visini H + DH, jednak je P + DP (Sl. 1.2). Sa DH\u003e 0, dr< 0, т.к. давление с высотой убывает. Разность давлений р и (р + dр) равна гидростатическому давлению столба газа авсd, заключенного в объеме цилиндра высотой dh и площадью с основанием равным единице. Это запишется в следующем виде: p- (p+dp) = gρdh, - dp = gρdh или dp = ‑gρdh, где ρ – плотность газа на высоте h. Воспользуемся уравнением состояния идеального газа рV = mRT/M и выразим плотность ρ=m/V=pM/RT. Подставим это выражение в формулу для dр:

dP \u003d - PMGDH / RT ili DP / P \u003d - MGDH / RT

Integracija ove jednadžbe daje sljedeći rezultat: Evo C - konstantno i u ovom slučaju prikladno je odrediti stalnu integraciju putem LNC-a. Potencijalno rezultirajući izraz, pronađite to

Taj se izraz naziva barometrijska formula. Omogućuje vam pronalaženje atmosferskog pritiska ovisno o visini ili visini, ako je tlak poznat.

Ovisnost pritiska na visini pokazuje sliku 1.3. Uređaj za određivanje visine iznad razine mora naziva se visinomjer ili visinomjer. To je barometar, diplomirani u vrijednostima visine.

1. 5. Boltzmann Zakon o raspodjeli čestica u vanjskom potencijalnom polju. @

Ovdje je n koncentracija molekula na visini H, n 0 - isto na površini zemlje. Od m \u003d m 0 n a, gdje je m masa jedne molekule i r \u003d k n a, a zatim dobijamo p \u003d m 0 GH - ovo je potencijalna energija jedne molekule u polju gravitacije. Od KT ~ \u003cε Pošta\u003e koncentracija molekula na određenoj visini ovisi o omjeru P i \u003cε post\u003e

Rezultirajući izraz naziva se Boltzmann distribucija za vanjsko potencijalno polje. Iz toga proizlazi da je na konstantnoj temperaturi gustoću plina (s kojom je koncentracija povezana) veća gdje je potencijalna energija njegovih molekula manja.

1. 6. Distribucija Maxwell molekula savršenog plina pri brzinama. @

U izlazu glavne jednadžbe molekularno-kinetičke teorije, primijećeno je da molekuli imaju različite brzine. Kao rezultat višestrukih sudara, brzina svakog molekula mijenja se s vremenom modulom i u smjeru. Zbog haotičnosti termičkog kretanja molekula, svi su smjerovi ekvivalentni, a prosječna kvadratna brzina ostaje konstantna. Možemo zapisati

KONSTNOST \u003cυ SQ.\u003e Zbog činjenice da u plinu uspostavlja nepomično, ne mijenjaju raspodjelu molekula u smislu brzina, što je podređeno određenom statističkom zakonu. Ovaj zakon teoretski je izveden od strane D.K. Maxwell. Izračunala je funkciju f (u), nazvana funkcija distribucije molekula u brzinama. Ako podijelite raspon svih mogućih brzina molekula u male intervale jednake DU, a zatim na svakom rasponu brzina doći će do određenog broja molekula DN (U) koji imaju brzinu u ovom intervalu (Sl.1.4.).

Funkcija F (V) definira relativni broj molekula čija su brzina u rasponu od u do u + du. Ovo je broj - DN (u) / n \u003d f (u) du. Primjena metoda teorije vjerojatnosti, Maxwell je pronašao pogled za f (u)

Ovaj izraz je zakon o distribuciji idealnih molekula plina u brzinama. Specifična vrsta funkcije ovisi o rodu plina, masi njegovih molekula i temperature (Sl.1.5). Funkcija f (u) \u003d 0 na u \u003d 0 i dostiže maksimalno po određenoj vrijednosti u B, a zatim asimptotički teži nuli. Krivulja je asimetrična o maksimalnoj. Relativni broj DN molekula (U) / N, od kojih se brzine leže u intervalu DU i jednaki f (u) du, nalazi se kao područje zasjenjene trake bazne DV i visine F ( U) prikazano na slici.1.4. Čitavo područje ograničeno krivuljom f (u) i osi apscissa jednaka je jednoj, jer ako se sve vrste molekula brzine moraju saživljati, tada se dobije jedinica. Kao što je prikazano na slici.1.5, s povećanjem temperature, krivulja distribucije prelazi se na desno, i.e. Broj brzih molekula raste, ali područje ispod krivulje ostaje konstantno, jer N \u003d const.

Brzina u kojoj u kojoj funkcija f (u) dostiže maksimum, naziva se najvjerovatnijom brzinom. Iz stanja jednakosti nule prve derivatne funkcije f (v) '\u003d 0 slijedi to

Iskustvo koje vodi njemački fizičar o.steny, eksperimentalno je potvrdio pravdu distribucije Maxwella (slika 1.5.). Instrument krme sastoji se od dva koaksijalna cilindara. Platinum žica prekrivena slojem srebra prolazi duž osi unutarnjeg cilindra s jazom. Ako preskočimo žičanu struju, zagrijava se i srebro isparava. Srebrni atomi, koji lete kroz prorez, padaju na unutrašnju površinu drugog cilindra. Ako se uređaj rotira, srebrni atomi ne padaju u utor, već će se prebaciti na točku od udaljenosti. Istraživanje Količina taloga omogućava vam procjenu raspodjele molekula u brzinama. Pokazalo se da distribucija odgovara Maxwellskyju.