![](/user_photo/25411_G4aoA.jpg)
- •Основы молекулярной физики и термодинамика
- ••Молекулярная физика – раздел физики, в котором изучаются физические и физико- химические свойства
- •Броуновское движение
- ••Разделами молекулярной физики являются:
- ••Термодинамика – это наука о тепловых явлениях.
- ••Общим для всех разделов молекулярной физики является теоретический подход, основанный на применении феноменологического
- ••Атомы и молекулы, взаимодействуют друг с другом, образуют разнообразные вещества (системы).
- ••Для описания состояния макросистемы вводят параметры, которые называются параметрами состояния.
- ••Объем газа V — это объем сосуда, в котором газ находится. В СИ
- ••Температура — скалярная физическая величина вводится для количественной характеристики внутренней энергии тела. Опыт
- •Идеальный газ
- •Идеальный газ
- •Идеальный газ
- •Состояние системы
- •Состояние системы
- •Состояние системы
- •Состояние системы
- •Состояние системы
- •Изопроцессы
- •Изопроцессы
- •Закон Шарля
- •Изопроцессы
- •Изобарный процесс
- •Закон Гей-Люссака
- •Закон Авогадро
- •Закон Дальтона
- •Уравнение Клапейрона - Менделеева
- •Уравнение Клапейрона - Менделеева
- •Уравнение Клапейрона - Менделеева
- •Давление идеального газа
- •Основное уравнение молекулярно- кинетической теории идеальных газов
- •• Если газ в объеме V содержит N молекул, движущихся со скоростями ,
- ••Средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы идеального газа из уравнений (2) и
- •Закон Максвелла для распределения молекул идеального газа по скоростям
- ••Закон Максвелла описывается некоторой функцией f(v), называемой функцией распределения молекул по скоростям.
- ••Применяя методы теории вероятностей, Максвелл нашел функцию f(v) – закон распределения молекул идеального
- ••В показателе степени стоит отношение
- •Распределение Максвелла имеет вид
- ••Из графика видно, что при «малых» υ, т.е. при
- •• Величину скорости, на которую приходится
- ••Для одного моля газа:
- ••Все три скорости незначительно отличаются друг от друга множителем порядка единицы, причем
- •На рисунке показана зависимость f(υ) при различных температурах и массах молекул газа
- ••Закон Максвелла для распределения молекул идеального газа по скоростям и все вытекающие следствия
- •Распределение Больцмана
- •Распределение Больцмана
- ••Если высота сосуда много меньше чем kT/mg, то зависимостью концентрации от высоты можно
- •Распределение Больцмана
- •Опытное обоснование молекулярно- кинетической теории
- •Броуновское движение
- •Броуновское движение
- •Броуновское движение
- •Броуновское движение
- •Первое экспериментальное определение скорости молекул. Опыты Штерна.
- •Опыт Штерна
- •Опыт Штерна
- •Опыт Штерна
- •Опыт Штерна
- ••Легко связать это смещение S со скоростью молекул v. Молекулы достигают стенки за
- ••По формуле рассчитывали скорость.
![](/html/25411/129/html_vTydWgt1Pu.ZTtk/htmlconvd-eD6fSu1x1.jpg)
Основы молекулярной физики и термодинамика
Молекулярная физика Лекция 8
![](/html/25411/129/html_vTydWgt1Pu.ZTtk/htmlconvd-eD6fSu2x1.jpg)
•Молекулярная физика – раздел физики, в котором изучаются физические и физико- химические свойства макроскопических тел в различных агрегатных состояниях, исходя из молекулярно-кинетических представлений об их строении.
•Молекулярная физика основывается на трех основных положениях:
•Все макроскопические тела состоят из очень большого числа частиц – молекул (атомов);
•Молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении (тепловое движение);
•Молекулы взаимодействуют друг с другом, притягиваясь на больших и отталкиваясь на малых расстояниях.
![](/html/25411/129/html_vTydWgt1Pu.ZTtk/htmlconvd-eD6fSu3x1.jpg)
Броуновское движение
•Это тепловое движение мельчайших микроскопических частиц, взвешенных в жидкости или газе. Оно было открыто английским ботаником Р. Броуном (1827 г.). Броуновские частицы движутся под влиянием беспорядочных ударов молекул. Из-за хаотического теплового движения молекул эти удары никогда не уравновешивают друг друга. В результате скорость броуновской частицы беспорядочно меняется по модулю и направлению, а ее траектория представляет собой сложную зигзагообразную кривую. Теория броуновского движения была создана А. Эйнштейном (1905 г.).
![](/html/25411/129/html_vTydWgt1Pu.ZTtk/htmlconvd-eD6fSu4x1.jpg)
•Разделами молекулярной физики являются:
•физика газов,
•физика жидкостей,
•физика твердых тел,
•физика конденсированных систем (полимеры, жидкие кристаллы, наночастицы и др.).
•В них рассматриваются: строение вещества в различных агрегатных состояниях и его изменение под влиянием внешних факторов (давления, температуры, электрических и магнитных полей), поведение вещества в экстремальных условиях, релаксационные процессы, фазовые переходы (конденсация, кристаллизация, испарение, плавление и др.), явления переноса (диффузия, теплопроводность, вязкость),
критическое состояние вещества, поверхностные явления на границе раздела фаз.
![](/html/25411/129/html_vTydWgt1Pu.ZTtk/htmlconvd-eD6fSu5x1.jpg)
•Термодинамика – это наука о тепловых явлениях.
•В противоположность молекулярно- кинетической теории, которая делает выводы на основе представлений о молекулярном строении вещества, термодинамика исходит из наиболее общих закономерностей тепловых процессов и свойств макроскопических систем.
•Выводы термодинамики опираются на совокупность опытных фактов и не зависят от наших знаний о внутреннем устройстве вещества, хотя в целом ряде случаев термодинамика использует молекулярно- кинетические модели для иллюстрации своих выводов.
![](/html/25411/129/html_vTydWgt1Pu.ZTtk/htmlconvd-eD6fSu6x1.jpg)
•Общим для всех разделов молекулярной физики является теоретический подход, основанный на применении феноменологического (термодинамического) и статистического (молекулярного) методов исследования.
•Хотя эти методы качественно различны, они тесно связаны и взаимно дополняют друг друга.
•Термодинамический метод основан на началах термодинамики, имеющих общий характер и не
использующих представления о молекулярном строении вещества.
•Молекулярно-кинетический подход подразумевает рассмотрение конкретной молекулярной модели вещества.
•Несмотря на внешние различия этих методов, они внутренне связаны между собой, поскольку все выводы, полученные из рассмотрения частных молекулярных моделей, должны согласовываться с общими выводами термодинамики.
![](/html/25411/129/html_vTydWgt1Pu.ZTtk/htmlconvd-eD6fSu7x1.jpg)
•Атомы и молекулы, взаимодействуют друг с другом, образуют разнообразные вещества (системы).
•Если число частиц невелико (десятки, сотни), то мы имеем микросистему.
•Если число частиц системы во много раз больше (миллионы и более), то такую систему называют
макросистемой. Например, газ, состоящий из очень большого числа молекул — это макросистема.
•Большое число частиц системы приводит к появлению у нее новых свойств, которыми отдельные частицы не обладают. Например, давление газа есть результат непрерывного действия всех молекул на стенки сосуда, хотя не каждая молекула сталкивается со стенками.
![](/html/25411/129/html_vTydWgt1Pu.ZTtk/htmlconvd-eD6fSu8x1.jpg)
•Для описания состояния макросистемы вводят параметры, которые называются параметрами состояния.
•Различают микропараметры и макропараметры
состояния.
•Микропараметры — это параметры, характеризующие отдельную частицу. Например, масса молекулы, ее скорость, энергия.
•Макропараметры — это параметры, характеризующие систему в целом. Например, объем V, давление p, средняя скорость молекул , температура T, концентрация n и т.д. Значения этих параметров могут быть установлены с помощью измерительных приборов.
![](/html/25411/129/html_vTydWgt1Pu.ZTtk/htmlconvd-eD6fSu9x1.jpg)
•Объем газа V — это объем сосуда, в котором газ находится. В СИ измеряется в м3. Часто используется несистемная единица измерения 1 литр: 1 л = 10-3 м3.
•Давление р — скалярная физическая величина, равная отношению силы F к значению площади S площадки, на которую эта сила действует.
•Газ оказывает давление вследствие столкновений молекул со стенками сосуда. В СИ единица давления 1 Н/м2 = 1 Па (Паскаль).
•Внесистемные единицы измерения — 1 мм.рт.ст и 1 атмосфера.
•Нормальное давление равно одной физической атмосфере.
•1 физическая атмосфера = 1 атм = 760 мм.рт.ст.
•1 мм.рт.ст. = 133 Па.
![](/html/25411/129/html_vTydWgt1Pu.ZTtk/htmlconvd-eD6fSu10x1.jpg)
•Температура — скалярная физическая величина вводится для количественной характеристики внутренней энергии тела. Опыт показывает, что она характеризует состояние теплового равновесия тела.
•По шкале Цельсия температура обозначается буквой t, измеряется в градусах Цельсия (°С). За 1 °С принята одна сотая промежутка от температуры плавления льда (0 °С) до температуры кипения воды (100 °С).
•Абсолютная температурная шкала — шкала температур, в которой за начало отсчета принят абсолютный нуль. Температура здесь обозначается буквой T, измеряется в
кельвинах (К). За единицу измерения в этой шкале принят один градус Цельсия, т.е. изменение на один кельвин (1 К) равно изменению на один градус Цельсия.
•T = (t + 273) К или t = (T – 273) °С,
•где T — абсолютная термодинамическая температура (К); t
— температура по шкале Цельсия (°С).
![](/html/25411/129/html_vTydWgt1Pu.ZTtk/htmlconvd-eD6fSu11x1.jpg)