Подготовила: А.М. Барановская преподаватель физики БПОУ ОО «ОТММП»
Тема 1. Основные положения МКТ Тема 2. Идеальный газ Тема 3. Основное уравнение МКТ Тема 4. Газовые законы
Молекулярная физика – раздел физики, изучающий зависимости строения и физических свойств тел от характера движения и взаимодействия между частицами, из которых состоят тела. «… теплота состоит во внутреннем движении материи» - из работы М.В. Ломоносова «Размышления о причине теплоты и холода» (1750)
Атомом называют наименьшую частицу данного химического элемента. Молекулой называют наименьшую устойчивую частицу данного вещества, обладающую его основными химическими свойствами.
Электронный микроскоп 1. Все тела состоят из мельчайших частиц – атомов, молекул, в состав которых входят ещё более мелкие элементарные частицы (электроны, протоны, нейтроны). Строение любого вещества дискретно. Основные положения МКТ
Исследователи, работающие в компании IBM, создали мультфильм, манипулируя отдельными атомами. Анимационная лента «Мальчик и его атом» (A Boy and His Atom ) занесена в книгу рекордов Гиннесса, как самый маленький мультфильм. Мультфильм дает представление о технических возможностях, которые находятся в распоряжении исследователей, разрабатывающих передовые технологии хранения информации. «Мальчик и его атом»
2. Атомы и молекулы вещества всегда находятся в непрерывном хаотическом (беспорядочном) движении. Основные положения МКТ Диффузия — процесс взаимного проникновения молекул или атомов одного вещества между молекулами или атомами другого
Броуновское движение Броуновское движение частицы гуммигута в воде Объяснение: удары молекул о частицу не компенсируют друг друга Броуновским движением называется хаотическое и беспорядочное движение маленьких частиц, как правило, молекул в разных жидкостях или газах. Р. Броун, 1827 г.
3. Между частицами любого вещества существуют силы взаимодействия – притяжения и отталкивания. Природа сил – электромагнитная. Основные положения МКТ Положение устойчивого равновесия соответствует минимуму потенциальной энергии. r 0 – расстояние устойчивого равновесия между молекулами.
M r - относительная молекулярная масса, безразмерная величина, равная отношению массы молекулы к 1/12 массы атома углерода 12 C. Задание 1 Определите относительную молекулярную массу следующих веществ: O 2, HCl, Cu 2 SO 4 1 а.е.м. (атомная единица массы) = 1/12 m C = 1,66 10 -27 кг
Количество вещества — физическая величина, характеризующая количество однотипных структурных единиц, содержащихся в данной порции вещества. Единица измерения – моль. Моль – количество вещества, содержащего столько же молекул (атомов), сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода. Моль любого вещества содержит одинаковое число молекул (атомов), это число называют числом Авогадро. N A = 6,022 10 23 моль -1 Молярная масса М – масса одного моля вещества, кг/моль. М = M r 10 -3 кг/моль N – число молекул (атомов) в веществе.
Задание 2 Определите молярную массу следующих веществ: аммиак, гелий, органического соединения ( C 3 H 6 O ) 2. Задание 4 Поместятся ли 50 молей ртути в трёхлитровую банку? Задание 3 Определите массу одной молекулы воды.
Газы. Частицы газа не связаны молекулярными силами притяжения и движутся свободно, равномерно, заполняя весь предоставленный им объём. Жидкости. Обладают текучестью, сохраняют объём. Состояние, в котором наблюдается упорядоченное относительное расположение соседних частиц. Твёрдые тела. Сохраняют форму и объём. Атомы и молекулы расположены упорядоченно. Плазма – состояние, в котором имеется большое количество положительно и отрицательно заряженных ионов, а также свободных электронов.
Идеальным газом называют такой газ, для которого можно пренебречь размерами молекул, силами молекулярного взаимодействия; соударения молекул в таком газе происходят по закону соударения упругих шаров. Реальные газы при больших разрежениях ведут себя подобно идеальному. Состояние некоторой массы газа характеризуют параметрами состояния: объёмом V, давлением p, и абсолютной температурой Т.
Объём газа V всегда совпадает с вместимостью сосуда, который он занимает, единица объёма – кубический метр, м 3. Давление р – физическая величина, равная отношению силы F, действующий на элемент поверхности нормально к ней, к площади S этого элемента, измеряется в паскалях (Па). Внесистемные единицы: техническая атмосфера 1 ат = 9,81 10 4 Па физическая атмосфера 1 атм = 1,013 10 5 Па миллиметр ртутного столба 1 мм рт. ст. = 133 Па
Температура – физическая величина, характеризующая степень нагретости тела. Состояние системы тел, при котором теплообмен между телами будет отсутствовать называют тепловым равновесием. Тела, находящиеся в тепловом равновесии, имеют одинаковые температуры. При изменении температуры изменяются размеры тел, их объёмы, электрическое сопротивление и другие свойства. Для однозначного определения температуры необходим выбор термометрического тела и температурного параметра.
Прибор для измерения температуры называют термометром. Эти шкалы не являются научно обоснованными.
Задание 6 Переведите в абсолютную шкалу температур: 27 C, - 97 C. Термодинамическая шкала температур была предложена английским учёным У. Кельвином. За начало отсчета на этой шкале принята температура 0 К = -273,16 С (нуль Кельвина), самая низкая температура в природе, называемая а бсолютным нулём. За единицу температуры по термодинамической шкале принят кельвин (К). 1 К соответствует 1 С. T = 273,16 + t
Микромир масса молекулы, её скорость, кинетическая энергия МКТ связь М акромир масса вещества, давление, температура и т.д.
МКТ рассматривает давление газа на стенки сосуда, в котором он находится, как результат ударов молекул о его стенки. Основное уравнение МКТ определяет макроскопическую величину – давление газа через концентрацию n молекул, массу m 0 отдельных молекул и среднюю квадратическую скорость их движения.
О сновное уравнение МКТ: Средняя кинетическая энергия молекулы газа: Давление газа равно 2/3 от средней кинетической энергии поступательного движения всех молекул, которые содержатся в единичном объёме.
Задание 7 Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул водорода равна 1,35 10 -20 Дж. Определите среднюю квадратичную скорость молекул водорода. Задание 8 Каково давление углекислого газа, если в баллоне объёмом 40 л содержится 5 10 24 молекул, а средняя квадратичная скорость молекул 400 м/с?
Всякое изменение состояния газа называется термодинамическим процессом. Процесс, при котором один из параметров остается постоянным, называют изопроцессом. Состояние некоторой массы газа характеризуют параметрами состояния: объёмом V, давлением p, и абсолютной температурой Т. Между параметрами состояния существует однозначное соответствие – уравнение состояния. Уравнение состояния
Закон Гей-Люссака : при изобарном процессе отношение объёма данной массы газа к его абсолютной температуре остаётся постоянным. Для двух состояний:
Закон Шарля : при изохорном процессе отношение давления данной массы газа к его абсолютной температуре остаётся постоянным. Для двух состояний:
Закон Бойля - Мариотта : при изотермическом процессе произведение давления данной массы газа на объём остаётся постоянным. Для двух состояний:
На практике чаще всего встречаются случаи, когда одновременно изменяются все три параметра состояния. Можно показать, что в этом случае выполняется уравнение Клапейрона : Для двух состояний: Произведение давления данной массы газа на его объём пропорционально термодинамической температуре.
В общем случае выполняется закон Менделеева- Клапейрона : = 8,31 Дж/( моль К ) - молярная газовая постоянная где = 1,38 10 -23 Дж/К – постоянная Больцмана.
Задание 10 Каким должен быть наименьший объём V баллона, чтобы он вмещал m = 6,4 кг кислорода при температу ре t = 20 0 C, если его стенки выдерживают давление p = 16 МПа? Задание 9 Определить, есть ли трещины в баллоне, если при повышении температуры с 100 К до 300 К давление повысилось с 120 кПа до 340 кПа. Задание 11 На сколько изменится масса воздуха в аудитории, если в результате неисправности отопительной системы температура в комнате понизится от 20 до 7 0 C ? Объём аудитории определите самостоятельно.
Из уравнения Менделеева - Клапейрона Из основного уравнения МКТ - средняя квадратичная скорость молекул
Метод определения скоростей молекул был предложен О. Штерном (1920). Средняя скорость атомов серебра в опыте оказалась равной 650 м/с. Закон распределения скоростей молекул в газе был получен Дж. К. Максвеллом. Максимум кривой распределения соответствует наиболее вероятной скорости. С повышением температуры наиболее вероятная скорость возрастает.
Задание 12 Определите температуру воздуха в аудитории. С какой средней квадратичной скоростью движутся молекулы кислорода и азота, входящие в его состав? Задание 13 Какова концентрация молекул в воздухе при нормальных условиях? Задание 14 Идеальный газ сначала изобарно расширили, а затем изотермически сжали до прежнего объёма. Изобразите эти процессы в координатах p-V, p-T, V-T.
Дмитриева В.Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений сред. проф. образования. — М., 2014. Дмитриева В.Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля. Сборник задач: учеб. пособие для образовательных учреждений сред. проф. образования. — М., 2014. В.Ф. Дмитриева Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика. Учебник для 10 кл. – М., 2005.
Спасибо за внимание !
