Cкоростям

Согласно молекулярно-кинетической теории, как бы ни изменялись скорости молекул при столкновениях, средняя квадратичная скорость молекул массой m₀ в газе, находящемся в состоянии равновесия при T = const, остается постоянной и равной

.

Это объясняется тем, что в газе находящемся в состоянии равновесия, устанавливается некое стационарное, не меняющееся со временем распределение молекул по скоростям, которое подчиняется вполне определенному статистическому закону. Этот закон выведен Дж. Максвеллом.

Предположения Максвелла:

1. Газ состоит из большого числа N одинаковых молекул.

2. Температура газа постоянна.

3. Молекулы газа совершают тепловое хаотическое движение.

4. На газ не действуют силовые поля.

Закон Максвелла описывается некоторой функцией f(v), называемой функцией распределения молекул по скоростям.

Если разбить диапазон скоростей молекул на малые интервалы, равные ∆v, то на каждый интервал скорости будет приходиться некоторое число молекул ∆N(v), имеющих скорость, заключенную в данном интервале. Функция f(v) определяет относительное число молекул ∆N(v)/ N, скорости которых лежат в интервале от v до +∆v, т.е.:

откуда

График функции распределения молекул по скоростям дан на рис. 5.5.

Относительное число молекул скорости которых лежат в интервале от v до v+∆v, находят как площадь заштрихованной полоски.

Наиболее вероятная скорость – скорость, при которой функция распределения молекул идеального газа по скоростям максимальна:

При повышении температуры максимум функции распределения молекул по скоростям сместится вправо (значение наиболее вероятной скорости становится больше). Однако, площадь, ограниченная кривой, остается неизменной, поэтому при повышении температуры кривая распределения молекул будет растягиваться и понижаться (рис. 5.6).

Скорости, характеризующие состояние газа:

• наиболее вероятная:

• средняя:

• средняя квадратичная:

Рис. 5.6

f(v)

v

T₁ < T₂

Рис. 5.6

f(v)

v

T₁ < T₂

v

v_в

∆v

Рис. 5.5

f(v)

v

v_в

∆v

Рис. 5.5

f(v)

Парообразование – процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное.

Испарение – парообразование, происходящее при любой температуре со свободной поверхности жидкости.

Сублимация (возгонка) – испарение твердых тел.

Конденсация – переход вещества вследствие его охлаждения или сжатия из газообразного состояния в конденсированное (жидкое или твердое). Конденсация – процесс, компенсирующий испарение.

Кипение – парообразование во всем объеме жидкости при определенной, сильно зависящей от давления, температуре кипения. С увеличением внешнего давления температура кипения повышается (и наоборот). Температура кипения равна температуре конденсации.

Плавление – переход вещества из кристаллического (твердого) состояния в жидкое. Плавление происходит при определенной, возрастающей с увеличением внешнего давления, температуре (точке) плавления.

Кристаллизация (затвердевание) – переход вещества из жидкого состояния в кристаллическое (твердое).

Для химически чистой жидкости этот процесс идет при постоянной температуре кристаллизации (она равна температуре плавления). Для кристаллизации необходимо наличие центров кристаллизации – примесей, пылинок. Парообразование (испарение, кипение) происходит с поглощением энергии. Конденсация и кристаллизация происходят с выделением энергии.

Фаза – термодинамически равновесное состояние вещества, отличающееся по физическим свойствам от других возможных равновесных состояний того же вещества. Если, например, в закрытом сосуде находится вода, то эта система является двухфазной: жидкая фаза – вода; газообразная фаза – смесь воздуха с водяными парами. Если в воду бросить кусочки льда, то эта система станет трехфазной, в которой лед является твердой фазой. Часто понятие «фаза» употребляется в смысле агрегатного состояния, однако надо учитывать, что оно шире, чем понятие «агрегатное состояние». В пределах одного агрегатного состояния вещество может находиться в нескольких фазах, отличающихся по своим свойствам, составу и строению (лед, например, встречается в пяти различных модификациях – фазах).

Фазовый переход – переход вещества из одной фазы в другую. Фазовый переход всегда связан с качественными изменениями свойств вещества. Примером фазового перехода могут служить изменения агрегатного состояния вещества или переходы, связанные с изменениями в составе, строении и свойствах вещества(например, переход кристаллического вещества из одной модификации в другую). Если система является однокомпонентной, т. е. состоящей из химически однородного вещества или его соединения, то понятие фазы совпадает с понятием агрегатного состояния. Переход в агрегатное состояние, отвечающее более высокой температуре, требует подвода энергии; переход же в агрегатное состояние, отвечающее более низкой температуре, сопровождается выделением энергии.