Статистический и термодинамический методы изучения физики
Для описания процессов, протекающих в твердых, жидких и газообразных телах используют статистический и термодинамический методы исследования.
Теорию, изучающую свойства макроскопических тел, состоящих из большого числа одинаковых частиц (атомов, молекул, электронов и т.д.), называют статистической физикой.
В соответствии с принципом неопределенностей одновременно точное определение координат и скоростей частиц невозможно. Статистическая физика, используя законы теории вероятности, объясняет наблюдаемые на опыте физические свойства тел как усредненный результат действия отдельных частиц.
Термодинамика изучает свойства макроскопических тел и протекающие в них процессы, не рассматривая их внутреннее строение.
Основу термодинамики составляют фундаментальные законы (начала), установленные как результат обобщения ряда опытных фактов.
Изучая одни и те же физические объекты с различных точек зрения, статистическая физика и термодинамика взаимно дополняют друг друга и таким образом, дают более полное представление об изучаемых веществах.
Атомно-молекулярное строение вещества
Физическое тело в любом состоянии состоит из мельчайших частиц: атомов и молекул, которые хаотически движутся. Интенсивность этого движения зависит от температуры. Доказательством существования теплового хаотического движения молекул является броуновское движение (Броун, 1827 г.).
|
Броуновское движение - беспорядочное (хаотическое) движение малых частиц, взвешенных в жидкости или газе, под действием ударов молекул окружающей среды. Диаметр частиц в опыте Броуна составлял d» 10-6 м, а размер молекул d» 10-10 м.
Гениальную догадку об атомистическом строении вещества, высказанную мыслителями древности, в XVII веке, подтвердил М.В. Ломоносов, привлекая гипотезу атомно-молекулярного строение вещества для объяснения наблюдаемых физических и химических явлений.
|
Вещество - вид материи, состоящий из фундаментальных элементарных частиц кварков и лептонов. В основном вещество построено из электронов, протонов, нейтронов, масса покоя которых не равна нулю.
Вещества, в зависимости от физических условий, могут находиться в газообразном, жидком или твердом состояниях. Согласно представлениям современной физики, атом - микрочастица - наименьшая часть химического элемента. Каждому химическому элементу соответствует определенный род (вид) атома, обозначенного химическим символом, например, медь - Сu, железо - Fe, кислород - О и т.д. Атомы могут существовать в свободном и связанном состояниях. В свободном состоянии атомы образуют газ. В связанном состоянии (или в составе молекул) атомы образуют жидкие и твердые тела. Все физические и химические свойства атома определяются особенностями его строения. Наиболее полно свойства атомов определены квантовой механикой. Атом состоит из ядра и электронов.
В состав ядра атома входят протоны, несущие положительный элементарный заряд + е (½ е ½=1,6×10-19 Кл) и нейтроны, не имеющие заряда. Размер атома определяется электронной оболочкой (d» 10-11 - 10-10 м). Электроны - частицы, несущие отрицательный элементарный заряд (- е).
Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая его основными химическими свойствами и состоящая из атомов, которые соединены между собой химическими связями.
Число атомов в молекулах колеблется от двух до сотен и тысяч.
Ион - атом, имеющий заряд. Атом или молекулу, потерявших один или несколько электронов, называют положительным ионом с зарядом +k е, где k =1, 2, 3,... - кратность ионизации, целое число.
Атом или молекулу, присоединивший один или несколько электронов, называют отрицательным ионом с зарядом -k е.
Мерой количества вещества в СИ считается моль.
Моль - количество вещества, в котором содержится число частиц (атомов, молекул), равное числу атомов в 0,012 кг изотопа углерода 
.
Массу моля вещества называют молярной массой и обозначают M. Число молей
| n = m/M | (1.1) |
где m - масса вещества.
Единицей измерения молярной массы в СИ считается кг/моль.
Так как, в одном моле вещества содержится число молекул, равное числу Авогадро (Na=6,02×1023 моль-1), а масса моля равна малярной массе, тогда масса одной молекулы
 .
| (1.2) |
Например, молярная масса воды M = 18 × 10-3 кг/моль, следовательно масса молекулы воды m0»3×10-26 кг. Если некоторая масса вещества содержит N молекул, то число молей
 .
| (1.3) |
Если предположить, что молекулы воды имеют шарообразную форму и плотно прилегают друг к другу, то диаметр одной молекулы
d = 
. d» 3×10-10 м.
Моли различных газов при нормальных условиях (атмосферном давлении Р0 = 1,013× 105 Па и температуре t0= 0оС) занимают объем V = 22,4×10-3 м3.
