Модели ТД. Объяснение агрегатных состояний вещества

Предмет и задачи ТД. Модели ТД.

Предметом ТД и СтФ является изучение молекулярной формы движения вещества, т.е. движения больших совокупностей частиц, а именно молекул. Это науки о строении, физических свойствах, и агрегатных состояниях вещества, рассматриваемого как совокупность большого числа молекул, которые взаимодействуют между собой и находятся в тепловом движении. Макроскопические свойства вещества, которые изучаются ТД и СтФ считаются независимыми от внутреннего состояния.

Молекула – это наименьшая часть вещества, сохраняющая все его свойства.

Тепловое движение – беспорядочное хаотическое движение, не имеющее какого-либо преимущественного направления. Интенсивность движения зависит от температуры тела.

Задачи ТД и СтФ:

1. Изучение особенностей молекулярной формы движения самой по себе, а именно:
исследование строения вещества и его изменение под влиянием внешних воздействий; изучение явлений переноса – диффузии, теплопроводности, внутреннего трения;
исследование критических состояний вещества;
исследование поверхностных явлений на границе раздела фаз вещества.

2. Овладение методами изучения систем многих частиц (не обязательно молекул), а именно динамическим, термодинамическим и статистическим методами и соответствующими понятиями. Отработка и развитие этих методов.

Изучая строение и свойства окружающего нас мира, мы используем опыт, как инструмент познания. Количественное описание нам помогают делать абстрактные модели изучаемого предмета, или какого-либо его свойства. Эти модели не учитывают другие свойства предмета, не существенные в данном конкретном случае.

Модели ТД. Объяснение агрегатных состояний вещества.

ТД и Молекулярная физика предлагают другие модели:

ü Материальные тела состоят из большого числа взаимодействующих частиц (атомов и молекул), причем известно строение атомов и молекул.

ü Частицы взаимодействуют по некоторым законам и соответствующим образом движутся.

ü Сами атомы и молекулы так же могут быть представлены некоторыми моделями, в зависимости от характера рассматриваемого явления. Например, моделью материальной точки, абсолютно твердого тела или моделью учитывающей внутреннюю структуру атомов или молекул.

ü Взаимодействие и движение так же можно рассматривать или чисто классически, или учитывать квантовые закономерности при движении микрочастиц.

Одним из примеров модели материального тела является модель идеального газа.
По определению он состоит из точечных частиц с конечной массой,
которые не взаимодействуют между собой. Частицы сталкиваются по законам абсолютно упругого удара, по законам соударения шаров. Так как точечные частицы испытывают только лобовые столкновения, приводящие к изменению их скоростей на обратные. Лобовые столкновения не изменяют скоростей частиц, на какие либо другие углы.

Использование модели материального тела уже на начальном этапе позволяет объяснить агрегатные состояния вещества. Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении и обладают определенной кинетической энергией. Силы притяжения стремятся связать атомы и молекулы в единое целое, а наличие кинетической энергии препятствует этому т.о. количественной мерой интенсивности их взаимодействия является потенциальная энергия притяжения и кинетическая энергия хаотического движения, препятствующая этому.Таким образом, если суммарная кинетическая энергия молекул системы много больше суммарной потенциальной энергии взаимодействия (взаимного притяжения)
, то вещество находится в газообразном состоянии.
В газообразном состоянии система не сохраняет ни формы ни объема.
Молекулярное движение выглядит так, большую часть времени молекула движется без взаимодействия, затем в небольшой области меняет направление движения, в результате столкновения с другой молекулой. Расстояние, пролетаемое молекулами между столкновениями, в сотни раз больше (сотни тысяч) диаметра молекул. Одновременное столкновение трех и более молекул встречается редко. Траектория движения молекул ломаная линия.

Если - суммарная кинетическая энергия молекул системы много меньше суммарной потенциальной энергии взаимодействия (взаимного притяжения), то вещество находится в твердом состоянии. В твердом состоянии молекулы и атомы сильно сцеплены друг с другом, вещество сохраняет форму и объем. При деформации возникают силы, стремящиеся восстановить форму и объем. Молекулы и атомы располагаются в строго определенных местах и образуют кристаллическую решетку. Молекулярное движение выглядит так, молекулы колеблются около некоторого положения равновесия, называемого узлом кристаллической решетки. Покидать область внутри узлов они, как правило, не могут. Линии, вдоль которых происходят колебания и амплитуда колебаний меняются с течением времени, но за большие, по сравнению с периодом колебаний промежутки времени. Вдоль фиксированной линии совершается достаточно много колебаний, прежде чем направление колебаний изменится. С учетом этого траекторию движения отдельной молекулы можно изобразить как последовательность линейных колебаний с различными амплитудами и в различных направлениях.

Если - суммарная кинетическая энергия молекул системы примерно равна суммарной потенциальной энергии взаимодействия (взаимного притяжения), то вещество находится в жидком состоянии. Видком состоянии вещество стремится сохранить объем, но не сохраняет форму. Молекулы жидкости находятся близко друг от друга, как бы соприкасаясь, однако их положение не фиксировано, они сравнительно медленно меняют положение друг относительно друга. Траектория можно представить в виде непрерывной кривой. Иногда молекулы соединяются в агрегаты, состоящие из большого числа молекул. Причем, расположение молекул определенным образом упорядочено, в этом случае жидкости обладают некоторыми свойствами, характерными для твердых тел (т.н. жидкие кристаллы).В настоящее время хорошо разработана теория газообразного и твердого состояния, теория жидкого состояния наименее разработана.

Date: 2015-05-09; view: 1492; Нарушение авторских прав