МКТ объясняет свойства макроскопических тел и тепловых процессов, на основе представлений о том, что все тела состоят из отдельных, беспорядочно движущихся частиц. Макроскопические тела – тела, состоящие из большого количества частиц. Микроскопические тела – тела, состоящие из малого количества частиц.
Вещество состоит из частиц Частицы непрерывно и хаотически движутся Частицы взаимодействуют друг с другом
В 1 г воды содержится 3,7 * 10 молекул. 22 Массы молекул в макроскопических масштабах чрезвычайно малы.
кофе этанол Масса и размеры молекул
Относительной молекулярной (или атомной) массой вещества (М r ) называют отношение массы молекулы (или атома) m 0 данного вещества к 1/12 массы атома углерода m 0C. 1961 год
Количество вещества наиболее естественно было бы измерять числом молекул или атомов в теле. Но число частиц в любом макроскопическом теле так велико, что в расчетах используют не абсолютное число частиц, а относительное. Один моль – это количество вещества, в котором содержится столько же молекул или атомов, сколько содержится в углероде массой 12 г.
В 1 моле любого вещества содержится одно и то же число атомов или молекул. Количество вещества равно отношению числа молекул в данном теле к постоянной Авогадро. - постоянная Авогадро
Молярной массой вещества называют массу вещества, взятого в количестве 1 моль. m 0 - масса одной молекулы или атома
m – масса вещества - формула для расчета числа частиц в теле
1827 г. Роберт Броун
Причина броуновского движения состоит в том, что удары молекул жидкости о частицу не компенсируют друг друга. 1905 г. Альберт Эйнштейн.
Свойства газов, жидкостей и твердых тел
газы жидкости твердые тела движение и взаимод. частиц расположение частиц свойства
Твердые тела сохраняют объем и форму.
Жидкости сохраняют объем и принимают форму сосуда. Обладают текучестью.
Газы не имеют формы, занимают весь предоставленный объем.
Частицы расположены в строгом порядке вплотную друг к другу. Кристаллическая решетка.
Частицы расположены вплотную друг к другу, образуют только ближний порядок.
Частицы расположены на значительных расстояниях (расстояния между частицами во много раз больше размеров самих частиц).
Частицы совершают колебательные движения около положения равновесия Силы притяжения и отталкивания значительны
Частицы совершают колебательные движения около положения равновесия, изредка совершая скачки на новое место Силы притяжения и отталкивания значительны
Частицы свободно перемещаются по всему объему, двигаясь поступательно Силы притяжения почти отсутствуют, силы отталкивания проявляются при соударениях
Идеальный газ – это газ, в котором Частицы – материальные точки Частицы взаимодействуют только при соударениях Удары абсолютно упругие
Скорость – величина векторная, поэтому средняя скорость движения частиц в газе равна нулю.
Основное уравнение мкт устанавливает зависимость давления газа от средней кинетической энергии его молекул. Газ оказывает давление на стенки сосуда путем многочисленных ударов молекул (или атомов).
x y 0
Макроскопические параметры (макропараметры) – величины, характеризующие состояние макроскопических тел без учета молекулярного строения. ( V, p, t ). Тепловым равновесием называют такое состояние, при котором все макроскопические параметры всех тел системы остаются неизменными сколь угодно долго.
Любое макроскопическое тело или группа макроскопических тел при неизменных внешних условиях самопроизвольно переходит в состояние теплового равновесия. Все тела системы, находящиеся друг с другом в тепловом равновесии имеют одну и ту же температуру.
Термометр – прибор для измерения температуры тела. Термометр входит в состояние теплового равновесия с исследуемым телом и показывает свою температуру.
Основная деталь термометра – термометрическое тело, то есть тело, макропараметры которого изменяются при изменении температуры. (Например, в ртутных термометрах термометрическим телом является ртуть – при изменении температуры изменяется ее объем.)
Изобретателем термометра является Галилео Галилей (ок. 1600 г.) Термометрическим телом в его термометре являлся газ – при повышении температуры его объем увеличивался, вытесняя жидкость. Недостатком термометра Галилея являлось отсутствие температурной шкалы.
273 373 K 32 212 F 0 0 100 С 0 0 80 R 0 шкала Цельсия шкала Фаренгейта шкала Реомюра шкала Кельвина
H 2 O 2 He При тепловом равновесии средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул всех газов одинакова.
H 2 O 2 He Энергетический эквивалент температуры.
H 2 O 2 He - постоянная Больцмана
- средняя квадратичная скорость
- универсальная газовая постоянная
Если в ходе процесса масса газа остается неизменной, то
Изотермический процесс Изобарный процесс Изохорный процесс
Процесс, происходящий с газом неизменной массы при постоянной температуре называется изотермическим. Изотермический процесс описывается законом Бойля – Мариотта (конец 17 века):
Процесс, происходящий с газом неизменной массы при постоянном давлении называется изобарным. Изобарный процесс описывается законом Гей-Люссака (1802 г.):
Процесс, происходящий с газом неизменной массы при постоянном объеме называется изохорным. Изохорный процесс описывается законом Шарля (1787 г.):
изотерма изобара изохора p p p p p p V V V V V V T T T T T T
П. 21 Агрегатные состояния вещества и их фазовые переходы. Аморфные тела.
Ненасыщенный пар Насыщенный пар Перенасыщенный пар - это пар, который находится в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью.
p 1, V 1 p 2, V 2 p 1 = p 2 Давление насыщенного пара не зависит от занимаемого объема.
Давление насыщенного пара зависит только от температуры. p 0 T
p 0 T p T T р Точка росы – это температура при, при которой ненасыщенный пар становится насыщенным.
Процесс парообразования с поверхности жидкости. Процесс парообразования по всему объему жидкости. Происходит при любой температуре. Происходит при температуре кипения. Скорость испарения зависит от: Вида жидкости Температуры Площади поверхности Наличие ветра Чем ниже давление, тем ниже температура кипения.
Кипение начинается при температуре, при которой давление насыщенного пара в пузырьках сравнивается с давлением в жидкости. Чем больше внешнее давление, тем выше температура кипения. Чем выше давление насыщенного пара, тем ниже температура кипения соответствующей жидкости.
абсолютная относительная Плотность водяных паров в воздухе. Отношение парциального давления водяного пара, содержащегося в воздухе, к давлению насыщенного пара при данной температуре.
Приборы для измерения влажности: Психрометр Гигрометр
F F упр F упр F
k – жесткость - относительное удлинение Закон Гука - абсолютное удлинение. F F упр
Е – модуль Юнга 1660 г. Закон Гука - механическое напряжение - предел прочности – максимальное механическое напряжение, которое выдерживает данное вещество
k 1 k 2 k 1 k 2 Закон Гука
Диаграмма растяжений F 0 А В С D Е
монокристаллы поликристаллы Анизотропия – зависимость физических свойств от направления внутри кристалла.
Нет строгого порядка в расположении атомов. Все аморфные тела изотропны, т.е их физические свойства одинаковы по всем направлениям. Аморфные тела не имеют определенной температуры плавления. При внешних воздействиях аморфные тела обнаруживают одновременно упругие свойства, подобно твердым телам, и текучесть, подобно жидкости.
Внутренняя энергия макроскопического тела равна сумме кинетических энергий беспорядочного движения всех молекул (или атомов) тела и потенциальных энергий взаимодействий всех молекул друг с другом (но не с молекулами других тел).
В идеальном газе частицы не взаимодействуют между собой, следовательно их потенциальные энергии равны нулю.
Коэффициент применим только для одноатомного газа. В общем случае используется коэффициент, где i – число степеней свободы движения частицы. 3 2 i 2 Одноатомный газ (неон, аргон, гелий) – i = 3. Двухатомный газ (водород, азот) – i = 5. Трехатомный газ (углекислый газ, озон) – i = 6.
Способы изменения внутренней энергии: Передача теплоты Совершение работы
h S F Данные выражения подходят только для расчета работы газа в ходе изобарного процесса.
Если процесс не изобарный, используется графический метод: работа равна площади фигуры под графиком процесса в осях pV. Работа газа считается положительной, если объем газа увеличивается и отрицательной, если объем газа уменьшается. В случае изохорного процесса работа газа равна нулю. p V 0 S
Количество теплоты – это энергия полученная или отданная телом в процессе теплопередачи. Виды теплопередачи: Теплопроводность Конвекция излучение
потребляется выделяется нагревание охлаждение с – удельная теплоемкость вещества – величина равная энергии, необходимой для нагревания тела массой 1 кг на 1 К.
потребляется выделяется плавление кристаллизация - удельная теплота плавления вещества – величина равная энергии, необходимой для того, чтобы тело массой 1 кг, взятое при температуре плавления полностью расплавилось.
потребляется выделяется парообразование конденсация L - удельная теплота парообразования вещества – величина равная энергии, необходимой для того, чтобы жидкость массой 1 кг, взятая при температуре кипения полностью перешла в газообразное состояние.
потребляется выделяется Сгорание топлива q – удельная теплота сгорания топлива – величина равная энергии, которая выделяется при сгорании данного вида топлива массой 1 кг.
Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе. Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.
Изотермический процесс Изобарный процесс Изохорный процесс Адиабатный процесс
В ходе изотермического процесса все полученное системой количество теплоты идет на совершение работы.
Данный способ расчета внутренней энергии и количества теплоты подходит только для одноатомного газа.
Если газ не одноатомный, то Можно воспользоваться следующими выражениями: i – число степеней свободы движения частиц.
В ходе изохорного процесса все полученное системой количество теплоты идет на изменение внутренней энергии системы.
Процесс, который происходит без теплообмена с внешней средой называется адиабатным. В ходе адиабатного процесса газ совершает работу за счет изменения внутренней энергии.
p V 0 изотерма адиабата
Тепловые двигатели – механизмы, преобразующие внутреннюю энергию топлива в механическую энергию. Основные детали: нагреватель, холодильник и рабочее тело. В качестве рабочего тела в т.д. выступает газ.
нагреватель холодильник рабочее тело Q н Q х А г
Идеальный тепловой двигатель – двигатель, работающий по циклу Карно. (Цикл Карно состоит из двух изотерм и двух адиабат ). 1824 г. французкий инженер Сади Карно опубликовал работу под названием «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». p V 0
