Модуль 2 Молекулярная физика и термодинамика Молекулярно-кинетическая теория

Модуль 2. Молекулярная физика и термодинамика. Молекулярно-кинетическая теория Л 7 -10 Распределение Максвелла-Больцмана Л 8 -13. Явление переноса Л 9 -10. Первое начало термодинамики Л 10 -11. Изопроцессы. Энтропия Л 11 -10. Второе начало термодинамики. Цикл Карно Л 12 -14. Модуль 2: лекций 6 (12 часов), 68 слайдов. Модуль 2 Лекция 7 1

Молекулярная физика (Волькенштейн-1990 г) МКТ 5. 21 5. 22 5. 26 5. 28 Распределение Максвелла 5. 50 5. 55 5. 56 5. 93 5. 94 Явления переноса 5. 139 5. 145 5. 146 5. 141 Модуль 2 Лекция 7 2

Молекулярная физика – это раздел физики, в котором изучаются физические свойства тел в различных агрегатных состояниях на основе рассмотрения их микроскопического (молекулярного) строения. Если классическая механика рассматривает лишь внешние взаимодействия макроскопических тел, их движение в целом, то статистическая физика и термодинамика изучают внутренние свойства макроскопических систем и те происходящие в них процессы, которые являются результатомных и молекулярных явлений. Модуль 2 Лекция 7 3

Объектом исследований статистической физики и термодинамики являются макроскопические системы, состоящие из очень большого числа частиц. Статистика исходит из законов механики и теории вероятности, термодинамика – из фундаментальных опытных фактов превращения одних видов энергии в другие. Модуль 2 Лекция 7 4

Внешние параметры V, Sпов. , Еэл. поля, Вмагн. поля зависят от взаимного расположения окружающих систему тел. Внутренние параметры Т, Р, ρ, n Модуль 2 Лекция 7 5

Опытное обоснование молекулярнокинетической теории 1. 2. 3. 4. 5. 6. Высокая сжимаемость газов свидетельствует о наличии больших расстояний между молекулами. Стремление газа занять весь объем говорит о независимости движения молекул. Диффузия – молекулы движутся в «пустотах» . Смешение жидкостей (вода+спирт) – объем смешения не равен объему компонентов. Рост давления газа связан с относительным увеличением ударов молекул о стенки. Броуновское движение – неуравновешенность ударов молекул. Модуль 2 Лекция 7 6

Абстракции молекулярной физики Идеальный газ – газ, частицы которого на расстоянии не взаимодействуют, а при столкновениях ведут себя как упругие шары, собственный объем частиц значительно меньше объема, занимаемого газом. 1. Идеальный газ – собрание большого числа молекул, которые рассматриваются как материальные точки. 2. Между столкновениями молекулы двигаются равномерно и прямолинейно. Скорости их равновероятны по направлениям. 3. Давление газа – результат взаимодействия молекул газа со стенками сосуда. 4. Каждая молекула обладает энергией, которая пропорциональна абсолютной температуре. Модуль 2 Лекция 7 7

Основное уравнение МКТ для давления (Уравнение Клаузиуса) Основное уравнение МКТ для температуры Уравнение состояния ид. газа Объединенный газовый закон Модуль 2 Лекция 7 8

Постоянная Больцмана K=1, 38∙ 10 -23 Дж/К Моль – количество вещества, содержащего столько же структурных элементов (молекул, атомов), сколько атомов содержится в изотопе углерода 12 С массой 0, 012 кг. Молярная масса М, кг/моль–масса 1 моля Число молей (m – масса газа, кг) Постоянная Авогадро NA=N 0=6, 023∙ 1023 1/моль – число молекул в 1 моле , где m 0 – масса одной молекулы В 1 моле разных веществ содержится одинаковое NA число молекул. Модуль 2 Лекция 7 9

M=m 0 NA Смесь газов – Мэф Модуль 2 Лекция 7 . 10

P(V)=N 0 k. T R=N 0 k R=8. 31 Дж/моль∙К R – универсальная газовая постоянная P(V)(m/M)=(m/M)RT PV=(m/M)RT Уравнение Менделеева-Клапейрона для произвольной массы газа Модуль 2 Лекция 7 11