Физика 10 класс

Молекулярна Фізика

Молекулярна Фізика — це розділ фізики, в якому закони механіки застосовуються не до кожної окремої молекули речовини, а до величезної їх сукупності. При цьому використовуються усереднені фізичні величини (середні швидкість і енергія молекули, середні густина, тиск і т. ін.). Молекулярна Фізика вивчає фізичні властивості речовин у різних агрегатних станах.

Основи молекулярнокінетичної теорії. Броунівський рух

Основні положення молекулярно-кінетичної теорії (МКТ) речовини:

1) усі тіла складаються із частинок — молекул, атомів і йонів;

2) частинки перебувають у безперервному хаотичному русі;

3) між частинками будь-якого тіла існують сили взаємодії.

Одним із перших підтверджень положень МКТ стали досліди англійського ботаніка Роберта Броуна, проведені в 1827 р. Розглядаючи в мікроскоп краплину води, в якій містився квітковий пилок, учений виявив безладний рух частинок пилку. Потім Броун і його послідовники спостерігали аналогічний рух інших частинок (різних за розміром, із різних речовин, у тому числі й неорганічних).

молекулярна фізика

Броунівський рух частинок пояснюється некомпенсованими безладними зіткненнями з ними величезної кількості невидимих у мікроскоп молекул рідини.

Поняття моля речовини та закони Авогадро розглядаються і в хімії. Моль — одиниця кількості речовини молекулярна фізика. Моль — це кількість речовини, яка містить стільки ж її структурних складових (наприклад, атомів або молекул), скільки міститься атомів в 0,012 кг вуглецю.

За сучасним стандартом, хімічний елемент, з якого складається речовина і яка названа тут вуглецем, отримав назву Карбон. Із хімії також відомо, що один і той самий елемент може існувати у вигляді кількох ізотопів (чи нуклідів); вище йшлося про Карбон молекулярна фізика.

Італійський фізик і хімік Амедео Авогадро у 1811 р. виявив, що різні гази, які займають однаковий об’єм за однакових умов, містять однакове число молекул. В одному молі це число (Стала Авогадро) дорівнює: молекулярна фізика. Крім того, Авогадро довів, що за нормальних значень тиску й температури моль будь-якого газу займає однаковий об’єм: молекулярна фізика. Якщо позначити масу одного моля M, то маса однієї молекули: молекулярна фізика.

Приклад: маса молекули кисню

молекулярна фізика.

Значення M знаходять, користуючись таблицею Менделєєва, а якщо речовина не атомарна, то ще й формулою речовини. Наприклад:

молекулярна фізика, молекулярна фізика,

молекулярна фізика

молекулярна фізика.

Оцінюючи розмір деякої молекули, будемо вважати, що молекула являє собою маленьку, щільно впаковану кульку, тоді її об’єм дорівнює молекулярна фізика. Із формули густини речовини молекулярна фізика випливає: молекулярна фізика.

Для однієї молекули

молекулярна фізика.

Звідси для молекули води:

молекулярна фізика

Таким чином, молекули настільки малі, що за допомогою оптичних мікроскопів побачити їх не можна.

Взаємодія атомів і молекул речовин у різних агрегатних станах

Сили взаємодії молекул речовини мають електричне походження й зумовлені як відштовхуванням ядер атомів сусідніх молекул речовини, так і притяганням між ядрами одних атомів і електронними оболонками інших. Графіки залежності сил відштовхування і сил притягання від відстані між двома сусідніми частинками мають різну крутизну. Залежність результуючої сили молекулярна фізика від r при малих r схожа на залежність молекулярна фізика, а при великих — на залежність молекулярна фізика.

Молекули речовини, яка перебуває в газоподібному стані, настільки віддалені одна від одної, що практично не взаємодіють (лише відштовхуються при зіткненнях). В інших агрегатних станах речовин молекули взаємодіють, причому Fрез тим більша, чим менший r; отже, молекулярна фізика.

молекулярна фізика

Ідеальний газ. Основне рівняння мкт ідеального газу

Подібно до використання в механіці ідеалізованого поняття матеріальної точки, в молекулярній фізиці використовують поняття Ідеального газу як величезної сукупності матеріальних точок, які не взаємодіють одна з одною на відстані.

За умови достатньо низького тиску і високої температури реальні гази (азот, кисень та ін.) за своїми властивостями близькі до моделі ідеального газу.

Основним рівнянням МКТ ідеального газу є математичний вираз тиску газу через концентрацію його молекул молекулярна фізика (де V — об’єм), масу кожної молекули молекулярна фізика і квадрат середньої швидкості молекули:

молекулярна фізика.

Рівняння Менделєєва — Клапейрона

Величини p, V і T, які визначають стан газу, називають параметрами стану. Рівняння, до складу якого одночасно входять всі параметри, називається Рівнянням стану.

Тиск p газу залежить від значень T і V:молекулярна фізика. Перехід від пропорційності до рівняння спочатку було здійснено за допомогою коефіцієнта, який мав стале значення (був константою) для даного газу, але мав різні значення для інших газів (ця константа не була універсальною). Таким чином було одержано рівняння стану, назване рівнянням Клапейрона:

молекулярна фізика.

Коефіцієнт пропорційності став універсальним завдяки Дмитру Менделєєву, який запропонував розглядати різні гази в однакових кількостях, тому рівняння стало називатися рівнянням Менделєєва — Клапейрона.

Для 1 моль газу

молекулярна фізика, або молекулярна фізика.

Величина молекулярна фізика називається Універсальною (або молярною) газовою сталою.

Для n моль:

молекулярна фізика.

Температура та її вимірювання