fizica Real
Cel mai simplu model al teoriei moleculare-cinetic este un model al unui gaz ideal. Modelul cinetic al moleculelor ideale de gaz sunt tratate ca mingi perfect elastice și care interacționează cu pereții numai în timpul ciocnirilor elastice. Volumul total al tuturor moleculelor este presupus mic în comparație cu volumul vasului în care gazul. Modelul de gaz ideal descrie destul de bine comportamentul gazelor reale pe o gamă largă de presiuni și temperaturi.
Ținta Teoria cinetică moleculară este de a stabili o legătură între microscopice (greutate, viteza, energia cinetică a moleculelor) și parametrii macroscopice (presiune, temperatura gazului). Ca rezultat, fiecare coliziune între moleculele și moleculele cu viteza peretelui moleculelor pot varia în mărime și în direcție; pe intervalele dintre ciocnirile succesive de molecule care se deplasează în mod uniform și rectiliniu.
Modelul gazului ideal presupune că toate coliziunile au loc în conformitate cu legile de coliziune elastice, care se supune legilor mecanicii clasice. Folosind modelul unui gaz ideal, se calculează presiunea gazului pe peretele vasului. În timpul interacțiunea moleculei cu peretele vasului situate între acestea, forțele apar, care se supun a treia lege a dinamicii. Ca rezultat, proiecția vitezei vx a moleculei perpendiculară pe peretele schimba semnul la opusul, iar proiecția VY vitezei, paralel cu peretele, rămâne neschimbat (Fig. 1).
Figura 1. ciocnirea elastică cu peretele moleculei.
Prin urmare, modificarea în impuls a moleculei va fi egal cu 2mo vx. în cazul în care mo - masa a moleculei. Isolate pe un perete al unui anumit domeniu S (fig. 2). în timpul # 916; t din aceasta zona se va confrunta cu toate moleculele având o proiecție a vx vitezei. îndreptate spre perete și să rămână în cilindru cu o suprafață de bază S și înălțimea vx # 916; t.
Figura 2. Determinarea numărului de coliziuni ale moleculelor cu site-ul S.
Lăsați pe unitatea de volum al vasului conține n molecule; apoi numărul de molecule din volumul cilindrului este egal nSvx # 916; t. Dar acest număr este doar mișcă jumătate față de perete și celelalte se deplasează jumătate în direcția opusă și cu peretele nu se confruntă. Prin urmare, numărul de coliziuni ale moleculelor tamponului în timpul S # 916; t este egal cu Deoarece fiecare moleculă după coliziune cu peretele schimbă impulsul său de cantitatea de 2m0 vx. variația totală în impuls a tuturor moleculelor în timpul coliziunea # 916; t cu solul S, egală cu legile mecanicii Prin această schimbare de impuls de coliziune cu peretele de molecule are loc sub acțiunea forțelor de impuls F # 916; t, în cazul în care F - o forță medie care acționează asupra moleculelor de perete la locul S. Dar lege a 3-a dinamicii este aceleași fapte forță MAp din partea moleculelor în sol S. Prin urmare, putem scrie:
Impartind ambele părți de S # 916; t, obținem:
unde p - presiunea gazului pe peretele vasului. În derivarea acestei relații se presupune că toate moleculele n conținute într-o unitate de volum de gaz, proiecțiile au aceeași viteză pe axa X. In realitate nu este. Ca rezultat, mai multe ciocniri între gazul se moleculele și cu pereții unui vas care conține un număr mare de molecule, este stabilită o distribuție statistică a vitezei. În acest caz, toți vectorii de direcție ale vitezelor moleculare sunt egale (egal probabile) și modulele de viteze și proiecțiile lor pe axele de coordonate sunt supuse anumitor legi.
Distribuția moleculelor de gaz în vitezele absolute numită distribuția Maxwell (1860). J. K. Maxwell derivată legea distribuției a moleculelor de gaz peste viteze, pe baza prevederilor de bază ale teoriei moleculare-cinetice. Fig. 3 prezintă curbele caracteristice ale distribuției vitezei. Abscisa este modulul de viteză, iar ordonata - numărul relativ de molecule ale căror viteze sunt în intervalul de la v la v + # 916; v. Acest număr este egal cu zona evidențiată în fig. 3 coloane.
Figura 3. Distribuția vitezelor moleculare. T2> T1.
distribuție Maxwell parametri caracteristici sunt cel mai probabil VB viteza. corespunzătoare maximului curbei de distribuție, și în cazul în care viteza de rms - viteza medie la pătrat. Cu creșterea temperaturii, maximul curbei de distribuție este deplasată la viteze mai mari, în timp ce VB și VKV creștere. Pentru a clarifica formula pentru presiunea gazului în peretele vasului, să presupunem că toate moleculele conținute într-o unitate de volum, împărțite în grupe, conținând n1. n2. g n3 și m.. molecule cu viteze proiecții VX1. VX2. VX3 și t. d., respectiv. În care fiecare grup de molecule contribuie la presiunea gazului. Ca urmare a coliziunii cu peretele de molecule cu diferite valori ale presiunii totale a proeminențelor are loc vitezei VXI
În această sumă expresie - suma pătratelor proeminențelor vx toate moleculele n per unitatea de volum de gaz. Dacă această sumă este împărțită n, obținem pătratul medie a proiecției vitezei moleculelor:
Această ecuație stabilește relația dintre presiunea p gaz ideal, mo masa a moleculei. concentrație moleculară n, valoarea medie a vitezei la pătrat și energia cinetică medie a mișcării de translație a moleculelor. Aceasta se numește ecuația fundamentală a teoriei cinetice moleculare a gazelor. Astfel, presiunea gazului este egală cu două treimi din energia cinetică medie a mișcării de translație a moleculelor conținute în unitatea de volum. Ecuația fundamentală a teoriei cinetice moleculare a gazelor conține o concentrație de produs de n molecule din energia cinetică medie a mișcării de translație. Presupunând că gazul este o constantă vas de volum V, (N - numărul de molecule din vas). În acest caz, modificarea presiunii # 916; p este proporțională cu variația energiei cinetice medii. Întrebările apar: cum să schimbe experiența energiei cinetică medie a mișcării de molecule într-un vas de volum constant? Ce fel de cantitate fizică care urmează să fie schimbat pentru a schimba energia cinetică medie
O astfel de cantitate în fizică este temperatură. Conceptul de temperatură este strâns legată de conceptul de echilibru termic. Corpurile sunt în contact unele cu altele, pot partaja energie. Energia transferat într-un alt corp cu contact termic, numita cantitate de căldură. echilibru termic - este un sistem de stat de organisme care sunt în contact termic, în care nu există nici un transfer de căldură de la un corp la altul, și toți parametrii macroscopice ale organismelor rămân neschimbate. Temperatura - este un parametru fizic, care este aceeași pentru toate corpurile sunt în echilibru termic. Posibilitatea introducerii conceptului de temperatură trebuie să fie din experiență, și se numește legea zero a termodinamicii.
Pentru a măsura temperatura folosind instrumente fizice - termometre. în care o valoare a temperaturii este evaluată prin schimbarea unei proprietăți fizice. Pentru a crea un termometru trebuie să selecteze substanța termometrică (de exemplu, mercur, alcool) și valoarea thermometric. caracterizând proprietatea unei substanțe (de exemplu, lungimea coloanei de mercur sau alcool). In diverse constructii termometre folosesc o varietate de proprietăți fizice ale substanței (de exemplu, modificări ale dimensiunilor liniare ale solidelor sau schimbare în rezistența electrică a conductorilor prin încălzire).
Termometre ar trebui să fie calibrate. În acest scop, ele sunt aduse în contact termic cu organismele care respectiva temperatură predeterminată. Cele mai frecvent utilizate sisteme naturale simple, în care temperatura rămâne constantă, în ciuda schimbului de căldură cu mediul - un amestec de gheață și apă și amestec de apă și abur prin fierbere la presiune atmosferică. Prin Celsius scala temperatura gheții topire este atribuită temperatura de 0 ° C și punctul de fierbere al apei - 100 ° C. Modificarea lungimii coloanei de lichid din termometru capilar o sutime din lungimea între marcajele 0 ° C și C este luat egal cu 100 ° până la 1 ° C În unele țări (SUA) este utilizat pe scară largă Fahrenheit (TF), în care temperatura de congelare a apei este luată egală cu 32 ° F, iar punctul de fierbere al apei egal cu 212 ° F. Prin urmare,
Locul special in fizica ocupa termometre cu gaz (figura 4), în care substanța termometrică este gaz rarefiată (heliu, aer) într-un vas de volum constant (V = const), o cantitate termometrică - presiunea gazului p. Experiența arată că presiunea gazului (la V = const) crește odată cu creșterea temperaturii, măsurate pe scara Celsius.
Acest raport n1. n2. n3. ... - concentrația moleculară a diferitelor gaze în amestec. Această relație este exprimată în limbajul teoriei moleculare cinetice stabilit experimental la începutul secolului XIX, legea lui Dalton: presiunea din amestecul de vedere chimic care nu interacționează cu gaz egală cu suma presiunilor parțiale.
Știri
Cavalerii Teoria eter