Частицы взаимодействуют друг с другом.

Раздел 2. Основы молекулярно-кинетической теории.

2.1 Основные положения молекулярно-кинетической теории. Броуновское движение. Силы и энергия межмолекулярного взаимодействия. Размеры и масса молекул. Постоянная Авогадро. Идеальный газ. Давление газа. Межзвездный газ*.

Основные положения молекулярно-кинетической теории и их опытные обоснования.

Развитие представлений о строении вещества. Предположе­ние о том, что любое веще­ство состоит из мельчайших неделимых частиц — атомов, было высказано около 2500 лет назад древнегреческими филосо­фами Левкиппом и Демокри­том. По их представлениям все тела образуются в результате соединения атомов. Различия в свойствах тел объясняются тем, что тела состоят из различ­ных атомов или одинаковые атомы по-разному соединены между собой в пространстве.

Су­щественный вклад в развитие молекулярно-кинетических пред­ставлений сделал в середине XVIII в. великий русский уче­ный Михаил Васильевич Ломоносов (1711—1765). Он объяснил основные свойства газа, предположив, что все молекулы газа движутся беспорядочно, ха­отично и при столкновениях от­талкиваются друг от друга. Бес­порядочным движением молекул М. В. Ломоносов впервые объяс­нил природу теплоты. Так как скорости теплового движения мо­лекул могут быть сколько угодно велики, температура вещества по его представлениям не имеет ог­раничения сверху. При умень­шении скорости молекул до нуля должно быть достигнуто мини­мальное возможное значение тем­пературы вещества.

Основные положения молекулярно-кинетической теории. Макроскопическими телами называются большие тела, состоящие из огромного числа молекул. (Газ в баллоне, вода в стакане, песчинка, земной шар).

Тепловыми явлениями называют явления связанные с нагреванием и охлаждением тел, с изменением их температуры.

Тепловое движение – это беспорядочное движение молекул.

Молекулярно-кинетической теорией называется учение о строении и свойствах вещества, использующее представления о существовании атомов и молекул как наимень­ших частиц химического веще­ства.

Основные положения молекулярно-кинетической теории строе­ния вещества:

*вещество состоит из частиц — атомов и молекул;

*эти частицы хаотически движут­ся;

частицы взаимодействуют друг с другом.

Броуновское движение – это тепловое движение взвешенных в жидкости (или газе) частиц и оно не может прекратиться, т.к. связано с температурой тела. Впервые это явление наблюдал английский ботаник Роберт Броун в 1927 г., рассматривая в микроскоп взвешенные в воде споры плауна. Броуновское движение никогда не прекращается, т.к. оно является тепловым движением. С увеличением температуры интенсивность его растет.

Пример броуновского движения в газах – движение взвешенных в воздухе частиц пыли и дыма. Причина броуновского движения частицы заключается в том, что удары молекул жидкости о частицу некомпенсируют друг друга. (рис 4.1)

Диффузия – это перемешивание молекул газов, жидкостей и твердых тел при непосредственном контакте, т.е. проникновение молекул одного вещества в межмолекулярное пространство другого. Скорость протекания диффузии зависит от температуры и состояния вещества. Это явление объясняется беспорядочным движением молекул.

Размеры и масса молекул.

Размер атома . Если пальцы сжать в кулак и увеличить его до размеров земного шара, то атом при том же увеличении станет размером с кулак.

Число молекул. При очень малых размерах молекул число их в любом макроскопическом теле огромно. При каждом вдохе мы вы захватываете столько молекул, что если бы все они после выдоха равномерно распределились в атмосфере Земли, то каждый житель планеты при вдохе получил бы две- три молекулы, побывавшие в ваших легких.

Относительной молекулярной(или атомной) массой вещества М_r называют отношение массы молекулы (или атома) m₀ данного вещества к массы атома углерода m_0c:

Количество вещества (ν) – равно отношению числа молекул N в данном теле к постоянной Авогадро N_A (или отношению массы вещества к его молярной массе)_.

Один моль – это количество вещества, в котором содержится столько же молекул или атомов, сколько атомов содержится в углероде массой 0,012 кг.

Постоянная Авогадро.

Постоянная Авогадро равна числу молекул в 1 моле вещества. ;

Молярной массой вещества(М) называют массу вещества, взятого в количестве одного моля.

; ; М= m/ν, где m –масса вещества, ν- количество вещества

Идеальный газ. Идеальный газ – это газ, взаимодействие, между молекулами которого пренебрежимо мало. Молекулы этого газа – крошечные шарики, которые обладают пренебрежимо малым объемом по сравнению с объемом сосуда. Идеальный газ – это физическая модель реального газа. Разряженные газы ведут себя подобно идеальному газу.

Давление газа. Пусть газ находится в закрытом сосуде. Молекул газа очень много, и удары их о стенку следуют один за другим с очень большой частотой. Среднее значение геометрической суммы сил, действующих со стороны отдельных молекул при их столкновениях со стенкой сосуда, и является силой давления газа. Давление будет тем больше, чем больше молекул ударяется о стенку за некоторый промежуток времени и чем больше скорости соударяющихся со стенкой молекул.

Межзвёздный газ — это разреженная газовая среда, заполняющая всё пространство между звёздами. Межзвёздный газ прозрачен. Полная масса межзвёздного газа в Галактике превышает 10 миллиардов масс Солнца или несколько процентов суммарной массы всех звёзд нашей Галактики. Средняя концентрация атомов межзвёздного газа составляет менее 1 атома в см³. Основная его масса заключена вблизи плоскости Галактики в слое толщиной несколько сотен парсек. Плотность газа в среднем составляет около 10−21 кг/м³. Химический состав примерно такой же, как и у большинства звёзд: он состоит из водорода и гелия (90 % и 10 % по числу атомов, соответственно) с небольшой примесью более тяжёлых элементов. В зависимости от температуры и плотности межзвёздный газ пребывает в молекулярном, атомарном или ионизованном состояниях. Наблюдаются холодные молекулярные облака, разреженный межоблачный газ, облака ионизованного водорода с температурой около 10 тыс. К. (Туманность Ориона), и обширные области разреженного и очень горячего газа с температурой около миллиона К. Ультрафиолетовые лучи, в отличие от лучей видимого света, поглощаются газом и отдают ему свою энергию. Благодаря этому горячие звёзды своим ультрафиолетовым излучением нагревают окружающий газ до температуры примерно 10 000 К. Нагретый газ начинает сам излучать свет, и мы наблюдаем его как светлую газовую туманность. Более холодный, «невидимый» газ наблюдают радиоастрономическими методами. Атомы водорода в разреженной среде излучают радиоволны на длине волны около 21 см. Поэтому от областей межзвёздного газа непрерывно распространяются потоки радиоволн. Принимая и анализируя это излучение, учёные узнают о плотности, температуре и движении межзвёздного газа в космическом пространстве.

Тема 2.2 Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Температура и её измерение. Термодинамическая температура. Связь между температурой газа и средней кинетической энергией поступательного движения молекул.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул на среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекулы:

, , ,

где n концентрация молекул, k= 1,38∙10^-23 Дж\К– постоянная Больцмана, m₀- масса одной молекулы, -среднеквадратичная скорость молекулы.

;

Средняя квадратичная скорость движения молекул:

(формула получена теоретически).

Вычисляя по этой формуле скорость молекул, например, азота при t =0⁰С, получим ≈ 500 м\с. Молекулы водорода при той же температуре имеют скорость ≈ 1800 м\с. Эта скорость больше скорости артиллерийских снарядов.