Основните разпоредби на ILC - studopediya
Молекулно кинетичната теория нарича теория на структурата и свойствата на вещества на базата на представянето на съществуването на атоми и молекули, като най-малките частици на химичното вещество.
В основата на молекулно-кинетичната теория се базира на три основни точки:
1. Всички вещества - течни, твърди и газообразни - са оформени на минута частици - молекули, които са се състои от атоми ( "елементарни молекули"). Молекулите на химикала могат да бъдат прости или сложни и се състоят от един или повече атоми. Молекули и атоми са електрически неутрални частици. При определени условия, молекули и атоми могат да придобият допълнителен електрически заряд и да се превърне в положителни или отрицателни йони.
2. атоми и молекули са в постоянен случаен движение.
3. частици взаимодействат един с друг сили с електрическо естество. Гравитационно взаимодействие между частиците е незначително.
Фигура 3.1.1. Траекторията на Брауновото частици.
Най-забележителната експериментално потвърждаване на представителства на молекулно-кинетичната теория на случаен движение на атомите и молекулите е брауново движение. Тази топлинна движение на малки микроскопични частици, суспендирани в течност или газ. Той беше открит от английския ботаник Р. Браун (1827). Брауново частици се движат под влиянието на шоковете неподредени молекули. Поради случайния топлинна движение на молекулите, тези удари никога няма да анулират взаимно. В резултат на това скоростта на Брауновото частиците на случаен принцип варира по сила и посока, и неговата траектория е сложен зигзагообразна крива (Фиг. 3.1.1). Теорията на Брауново движение е създадена от Алберт Айнщайн (1905). теория на Айнщайн Експериментално е потвърдено в експерименти на френския физик Жан Перин (1908-1911 GG.).
Силите между две молекули, в зависимост от разстоянието между тях. Молекулите са сложни пространствена структура, съдържаща и двете положителни и отрицателни заряди. Ако разстоянието между молекулите е достатъчно голям, тогава доминиран от силите на междумолекулни атракция. На малки разстояния сили на отблъскване преобладават. В зависимост от получената сила F и потенциалната енергия Ер взаимодействието между молекулите на разстоянието между центровете им е качествено показано на фиг. 3.1.2. На разстояние г = r0 сила на взаимодействие изчезва. Това разстояние може да бъде конвенционално приема като диаметърът на молекулата. Потенциалната енергия на взаимодействие, когато R = r0 минимална. За да премахнете една от друга две молекули на r0 разстояние. трябва да ги информира за допълнителна енергия E0. Количеството Е0 е дълбочината на потенциал кладенеца или свързващата енергия.
Фигура 3.1.2. F взаимодействието сила и потенциалната енергия на взаимодействие между две молекули ЕП. F> 0 - една отблъскваща сила, F <0 – сила притяжения.
Молекулите са изключително малки по размер. Обикновено едновалентни молекули имат размери от порядъка на 10 -10 m. Комплекс многоатомни молекули могат да имат размери на стотици или хиляди пъти по-голям.
Безредно хаотично движение на молекули се нарича топлинна движение. Кинетичната енергия на термично движение се увеличава с повишаване на температурата. При ниски температури, средната кинетична енергия на молекулата може да бъде по-малко от дълбочината на потенциал E0 добре. В този случай, молекули кондензира в течност или твърдо вещество; където средното разстояние между молекулите е приблизително равна на r0. С повишаване на температурата, средната кинетичната енергия на молекулите е по-голяма от Е0. лети молекула и произвежда газообразно вещество.
В твърди вещества, молекулите извършват случайни флуктуации около фиксирани точки (равновесни точки). Тези центрове могат да бъдат подредени по неправилен начин в пространството (аморфна тялото) или подобни форми, подредени структури (кристални твърди вещества) (вж. §3.6).
Модел. Обобщените държави.
В течности, молекули имат много по-голяма свобода за термично движение. Те не са обвързани с конкретни центрове и може да се движи по целия обем на течността. Това обяснява потока на течности. В близко разположени течност молекула може също да образуват подредени структури, съдържащи множество молекули. Това се нарича малък обхват, за разлика от порядъка на далечни разстояния. характеристика на кристални твърди вещества.
Разстоянието между молекулите на газа обикновено е много по-голяма от техния размер. Взаимодействие сили между молекули на такива големи разстояния е малък, и всяка молекула се движи по права линия до следващия сблъсък с друга молекула или с стената на съда. Средното разстояние между въздушните молекули при нормални условия от порядъка на 10 -8 m, т. Е. десетки пъти размера на молекулите. Слабото взаимодействие между молекули обяснява способността на газове да се разшири и да запълни целия обем на съда. В срока, когато взаимодействието клони към нула, стигаме до идеята за идеален газ.
В молекулно-кинетичната теория на количество от веществото се счита за пропорционална на броя на частици. Единичните количества от вещества, наречени мол (мол).
Mol - количество вещество, съдържащ същото количество частици (молекули), тъй като има атоми въглерод-12 0,012 кг въглероден С Молекулата се състои от единичен атом.
По този начин, един мол от всяко вещество съдържа същия брой частици (молекули). Този номер се нарича постоянен AvogadroNA:
Това уравнение установява връзката между налягане р идеален газ, масовото m0 на молекулата. концентрация п молекули. средната стойност на скоростта на квадрат и средната кинетичната енергия на транслационно движение на молекулите. Това се нарича основно уравнение на молекулно кинетичната теория на газовете.
Така налягането на газа е равна на две трети от средната кинетичната енергия на транслационно движение на молекулите, съдържащи се в обема на единица.
Основният уравнението на молекулно кинетичната теория на газовете съдържа концентрация продукт на N молекули на средната кинетичната енергия на постъпателно движение. Ако приемем, че газът се съхранява в съд постоянен обем V. на на (N - брой молекули в съда). В този случай, промяната в налягането # 916; р е пропорционално на промяната на средната кинетична енергия.
Въпросите възникват: как да се промени на опита на средната кинетична енергия на движение на молекулите в съд на постоянен обем? Какво физична величина да се промени, за да промените средната кинетична енергия по физика Тази стойност е температура.
Понятието температура е тясно свързана с концепцията на термично равновесие. Телата са в контакт един с друг, да споделяте енергия. В прехвърля към друга едно тяло с термичен контакт енергия, наречен топлина количество.
Термично равновесие - е състояние система от органи, които са в термичен контакт, в които няма пренос на топлина от едно тяло на друго и всички макроскопски параметри на органите остават непроменени. Температура - това е физически параметър, който е еднакъв за всички органи са в термично равновесие. Възможността за въвеждане на концепцията за температура трябва да е от опит, и се нарича нулев закон на термодинамиката.
За измерване на температурата с помощта на физическите инструменти - термометри. в което стойността на температурата се съди по промяната на физическа собственост. За създаване на термометър трябва да избере термометричен вещество (например, живак, алкохол) и термометричен стойност. характеризира свойството на субстанция (например, дължина на колона живак или алкохол). В различни конструкции термометри използват различни физични свойства на веществото (например, промени в линейните размери на твърди частици или промяна в електрическото съпротивление на проводници чрез нагряване).
Термометри трябва да бъдат калибрирани. За тази цел те са поставени в термичен контакт с органите, че споменатата предварително определена температура. Най-често се използват прости физически системи, в което температурата остава постоянна, въпреки топлообмена с околната среда - смес от лед и вода и смес от вода и пара чрез кипене при атмосферно налягане. Чрез Целзий точка температура мащаб лед топене се дължи на температура от 0 ° С и точката на кипене на водата - 100 ° С. Промяната на продължителността на течната колона в капилярна термометър в една стотна от дължината между марките 0 ° С и 100 ° С се приема равна на 1 ° С В някои страни (САЩ) се използва широко Фаренхайт (TF), при което температурата на замръзване на водата се приема равна на 32 ° F, и точката на кипене на водата, равна на 212 ° F. Ето защо,
Специалната място по физика заемат газ термометър (Фигура 3.2.4.), В която термометричен вещество е разреден газ (хелий, въздух) в съд на постоянен обем (V = конст), а термометричен количество - р налягане газ. Опитът показва, че налягането на газ (в V = конст) се увеличава с повишаване на температурата, измерена по скалата на Целзий.
Фигура 3.2.4. Газ термометър постоянен обем.
За да се калибрира газ термометър постоянен обем, налягането може да се измери в две температурни стойности (например, 0 ° С и 100 ° С), сложи точка P0 и P100 на графиката, а след това се направи права линия (Фиг. 3.2.5) между тях. Използването на така получения калибровъчната крива, може да се определи температурата, съответстваща на други стойности на налягането. Екстраполирането от графиката за ниско налягане, е възможно да се определят някои "хипотетичен" температура, при която налягането на газа ще бъде нула. Опитът показва, че тази температура е -273,15 ° С и зависи от свойствата на газа. Не може експериментално получени чрез охлаждане на газ в състояние на нулево налягане, защото при много ниски температури, всички газове преминават в течно или твърдо състояние.
Фигура 3.2.5. зависимост газ под налягане от температурата на V = конст.
Английски физик Уилям Келвин (Thomson) през 1848 г., предложи използването на точка налягане нула газ за изграждането на нов температура мащаб (Келвин скала). В тази скала, измерване единица температурата е същият, както в скалата на Целзий, а нулевата точка се измества:
Единицата за измерване SI приема Келвин и Келвин температура повикване означена с буквата К. Например, стайна температура TA = 20 ° С Келвин равнява ТС = 293.15 К.
температура скала на Келвин се нарича абсолютна температура скала. Това е най-удобен за изграждане на физически теории.
Не е необходимо да се обвърже скалата Келвин две фиксирани точки - точката на топене на лед и точката на кипене на водата при атмосферно налягане, както е прието в скалата на Целзий.
Също налягане газ нулева точка, която се нарича абсолютна нула температура. достатъчно, за да вземе още една фиксирана отправна точка. Скалата на Келвин като такъв се използва по отношение на температурата на водата на тройната точка (0,01 ° С), където всички три фази са в термично равновесие - лед, вода и пара. Келвин температура на тройната точка се приема за 273,16 К.
Газови термометри са тромави и неудобни за практическа употреба: те се използват като стандарт за прецизна калибровка на други термометри.
Така налягането на газа разреден в съд на постоянен обем V е пряко пропорционална на неговата абсолютна температура: р
Т. От друга страна, опитът показва, че при постоянен обем V и налягане температура Т газ варира в пряка зависимост от размера на съотношение вещество # 957; в съда на обема V на кораба
където N - брой молекули в съда, Na - Авогадро броя, п = N / V - молекулярна концентрация (т.е., броят на молекули на единица обем на съда ..). Комбинирането на тези отношения на пропорционалност, можем да запишем:
където к - универсална константа за всички газове. Тя се нарича константа на Болцман. в чест на австрийски физика L. Болцман (1844-1906 GG.), един от основателите на молекулно-кинетичната теория. константа на Болцман - един от най-фундаменталните физични константи. Неговата числова стойност в SI е:
к = 1,38 · 10 -23 J / К.
Сравнявайки съотношение р = NKT с основния уравнение молекулно кинетичната теория на газове, могат да се получат:
Средната кинетичната енергия на случаен движение на молекулите на газа е пряко пропорционална на абсолютната температура.
По този начин, температурата е мярка за средната кинетичната енергия на транслационно движение на молекулите.
Трябва да се отбележи, че средната кинетична енергия на постъпателното движение на молекулата е независимо от неговата маса. Брауново частиците в суспензия в течност или газ има същата средна кинетична енергия като отделна молекула, чиято маса е много порядъка по-малка от масата на Брауновото частици. Това заключение се отнася за случая, когато плавателният съд е химически не-взаимодействащи смес от газове, молекулите от които имат различни маси. В състоянието на равновесие молекули от различни газове ще има идентичен средна кинетична енергия на термично движение определя само от температурата на сместа. газова смес налягане в стената на съда ще се състои от парциалните налягания на всеки газ:
Това съотношение n1. n2. n3. ... - молекулярна концентрация на различни газове в сместа. Тази връзка се изразява в езика на молекулно-кинетичната теория експериментално създаден в началото на ХIХ век, закона на Далтон: налягането в смес от химически не-взаимодействащи газ, равен на сумата от парциалните налягания.