Молекулярная физика. Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) объясняет строение и свойства тела движением и взаимодействием атомов или молекул тела

Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) объясняет строение и свойства тела движением и взаимодействием атомов или молекул тела.

Основные положения МКТ:

1) Все тела состоят из частиц – атомов или молекул.

2) Эти частицы движутся непрерывно и хаотически.

3) Частицы любого вещества взаимодействуют между собой - притягиваются или отталкиваются.

Опытные обоснования основных положений МКТ:

а) броуновское движение — непрерывное хаотическое движение взвешенных в жидкости частиц, обусловленное ударами молекул жидкости;

б) диффузия — взаимное проникновение молекул одних веществ между молекулами других;

в) проявление сил упругости в газах, жидкостях и твердых телах.

Мерой количества частиц в теле является количество вещества n (моль).

Постоянная Авогадро N _A – число молекул, содержащихся в одном моле любого вещества:

N _A = 6,02× 10²³ моль^-1.

Количество частиц определяется выражением:

N = N _A n

Молярная масса m— это масса одного моля вещества:

m = m /n, [m] – кг/моль,

где m - масса вещества, n — число молей.

Массу m₀ молекулы можно определить по формуле:

Модель идеального газа

Идеальный газ — модель газа, в которой:

1) молекулы газа не взаимодействуют между собой на расстоянии;

2) при соударении друг с другом и со стенками сосуда молекулы ведут себя подобно упругим шарам;

3) объемом молекул можно пренебречь по сравнению с объемом газа.

При комнатной температуре и нормальном давлении большинство газов можно считать идеальными.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории связывает микроскопические и макроскопические параметры идеального газа:

где р — давление газа; m ₀ - масса одной частицы; n = N / V (м^-3) — концентрация частиц; r(кг/м³) — плотность газа, v _ср(м/с) — среднеквадратичная скорость движения частиц, Е _ср (Дж) — средняя кинетическая энергия одной частицы.

Абсолютная температура Т (K) является мерой кинетической энергии хаотического поступательного движения молекул вещества.

T (К) = t °C + 273 К,

где t °С — температура по шкале Цельсия.

Средняя кинетическая энергия Е _cp (Дж) поступательного движения молекул идеального газа прямо пропорциональна абсолютной температуре:

,

где Дж/К — постоянная Больцмана.

Среднеквадратичная скорость поступательного движения молекул идеального газа:

,

где R = 8,31 Дж/(моль×К)— универсальная газовая постоянная, Т — абсолютная температура, m — молярная масса газа, k — постоянная Больцмана, m ₀ — масса молекулы.

Уравнение Менделеева – Клапейрона (уравнение состояния идеального газа):

,

где p - давление, V - объем, n- количество вещества, R — универсальная газовая постоянная, T – абсолютная температура.

Так же это уравнение можно записать в виде:

Если количество газа постоянна (n = const) газовый процесс описывается уравнением Клапейрона:

где 1 — начальные параметры газа; 2 — конечные параметры газа.

Изопроцессы в идеальном газе:

Если n = const и T = const — изотермический процесс.

— закон Бойля – Мариотта (рис. 6).

Рис. 6

Если n = const и V = const — изохорный процесс.

— закон Шарля (рис. 7).

Рис. 7

Если n = const и p = const — изобарный процесс.

— закон Гей-Люссака (рис. 8).

Рис. 8

Закон Дальтона.

Давление смеси газов равно сумме парциальных давлений каждого газа.

р _об = р ₁ + р ₂ + …+ р _n.

Парциальное давление газа — давление данного газа в объеме, занимаемом смесью газов.