Молекулярная физика

Молекулярная физика и термодинамика

Учитель ВКК
Гудова Г.Н.
МКОУ Калачеевская
СОШ №1

Основные понятия

Молекула- мельчайшая частица вещества, обладающая всеми его свойствами
Атом -  частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств.
Идеальный газ - теоретическая модель газа.
Пренебрегается взаимодействием частиц газа (средняя кинетическая энергия частиц много больше энергии их взаимодействия)

Основные понятия

Диффузия - процесс взаимного проникновения молекул или атомов одного вещества между молекулами или атомами другого при взаимном соприкосновении.
Броуновское движение- беспорядочное движение микроскопических видимых, взвешенных в жидкости или газе частиц твердого вещества, вызываемое тепловым  движением частиц жидкости или газа.

Основные понятия

Количество вещества ( 𝜈𝜈)  — физическая величина, характеризующая  количество однотипных структурных единиц, содержащихся в веществе. Под структурными единицами понимаются любые частицы, из которых состоит вещество.
1 моль— это количество вещества, содержащее столько молекул, атомов, ионов, электронов или других структурных единиц, сколько содержится атомов в 12 граммах углерода

Основные понятия

1 моль— это количество вещества, содержащее столько молекул, атомов, ионов, электронов или других структурных единиц, сколько содержится атомов в 12 граммах углерода
Молекулярная масса- (Mr) – это число, показывающее во сколько раз масса данного вещества больше массы 1/12 атома углерода.
Молярная масса- масса 1 моля вещества

Основные понятия

Абсолютный нуль температуры –минимальный теоретический предел температуры, который может иметь физическое тело.
t= - 273,15 0С соответствует Т = 0 К
NA=6•1023 1/моль, (число Авогадро)
k= 1,38•10 -23 Дж/К (пост. Больцмана)
R= 8,31 Дж/моль К (газовая постоянная)

Молекулярная физика

Основные положения МКТ:

1. Все тела (вещества) состоят из частиц между которыми есть промежутки.
2. Частицы находятся в постоянном, беспорядочном движении.
3. Частицы вещества взаимодействуют друг с другом: притягиваются на небольших расстояниях и отталкиваются, когда эти расстояния уменьшаются

Молекулярная физика

Масса: m 0 m m 0 0 m 0 = M N A M M N A N A N N A A N A M N A (масса молекулы)

(масса вещества)
Количество вещества:
ν= m M m m M M m M , ν= N N A N N N A N A N N A A N A N N A
Концентрация (количество молекул в единице объема): 𝒏𝒏= 𝑵 𝑽 𝑵𝑵 𝑵 𝑽 𝑽𝑽 𝑵 𝑽

Молекулярная физика

Связь температурных шкал: T=273+t

Молекулярная физика

Давление газа создается ударами беспорядочно движущихся молекул о дно и стенки сосуда:
𝑝𝑝= 1 3 1 1 3 3 1 3 𝑛𝑛 𝑚 0 𝑚𝑚 𝑚 0 0 𝑚 0 𝑣 2 𝑣 2 𝑣𝑣 𝑣 2 2 𝑣 2 𝑣 2 ,
𝑝𝑝= 1 3 1 1 3 3 1 3 𝜌𝜌 𝑣 2 𝑣 2 𝑣𝑣 𝑣 2 2 𝑣 2 𝑣 2 ,
p=n k T,
𝑝𝑝= 2 3 2 2 3 3 2 3 𝑛𝑛 𝐸 𝑘 𝐸𝐸 𝐸 𝑘 𝑘𝑘 𝐸 𝑘 .
Диаметр молекулы: 𝑎𝑎= 3 𝑀 𝜌∙𝑁 𝐴 3 3 𝑀 𝜌∙𝑁 𝐴 𝑀 𝜌∙𝑁 𝐴 𝑀𝑀 𝑀 𝜌∙𝑁 𝐴 𝜌∙𝑁 𝐴 𝜌𝜌∙𝑁𝑁 𝜌∙𝑁 𝐴 𝐴𝐴 𝜌∙𝑁 𝐴 𝑀 𝜌∙𝑁 𝐴 3 𝑀 𝜌∙𝑁 𝐴

Молекулярная физика

Скорость движения молекул:
𝑣𝑣= 3 𝑘 𝑇 𝑚 0 3 𝑘 𝑇 𝑚 0 3 𝑘 𝑇 𝑚 0 3 𝑘𝑘 𝑇𝑇 3 𝑘 𝑇 𝑚 0 𝑚 0 𝑚𝑚 𝑚 0 0 𝑚 0 3 𝑘 𝑇 𝑚 0 3 𝑘 𝑇 𝑚 0 , 𝑣𝑣= 3 𝑅 𝑇 𝑀 3 𝑅 𝑇 𝑀 3 𝑅 𝑇 𝑀 3 𝑅𝑅 𝑇𝑇 3 𝑅 𝑇 𝑀 𝑀𝑀 3 𝑅 𝑇 𝑀 3 𝑅 𝑇 𝑀 .
R = 8,31 Дж моль∙ К Дж Дж моль∙ К моль∙ К Дж моль∙ К
Энергия теплового движения молекул:
𝐸𝐸= 𝑚 0 𝑣 2 2 𝑚 0 𝑚𝑚 𝑚 0 0 𝑚 0 𝑣 2 𝑣𝑣 𝑣 2 2 𝑣 2 𝑚 0 𝑣 2 2 2 𝑚 0 𝑣 2 2 , 𝐸𝐸= 2 3 2 2 3 3 2 3 𝑘𝑘 𝑇𝑇.

Молекулярная физика

Уравнение Менделеева – Клапейрона:
𝑝𝑝𝑉𝑉= 𝑚 𝑀 𝑚𝑚 𝑚 𝑀 𝑀𝑀 𝑚 𝑀 𝑅𝑅𝑇𝑇
𝑝𝑝= 𝜌𝑅𝑇 𝑀 𝜌𝜌𝑅𝑅𝑇𝑇 𝜌𝑅𝑇 𝑀 𝑀𝑀 𝜌𝑅𝑇 𝑀
𝑝𝑝𝑉𝑉= 𝜈𝜈𝑅𝑅𝑇𝑇
Уравнение Клапейрона:
𝑝𝑉 𝑇 𝑝𝑝𝑉𝑉 𝑝𝑉 𝑇 𝑇𝑇 𝑝𝑉 𝑇 =𝑐𝑐𝑜𝑜𝑛𝑛𝑠𝑠𝑡𝑡
𝑝 1 𝑉 1 𝑇 1 𝑝 1 𝑝𝑝 𝑝 1 1 𝑝 1 𝑉 1 𝑉𝑉 𝑉 1 1 𝑉 1 𝑝 1 𝑉 1 𝑇 1 𝑇 1 𝑇𝑇 𝑇 1 1 𝑇 1 𝑝 1 𝑉 1 𝑇 1 = 𝑝 2 𝑉 2 𝑇 2 𝑝 2 𝑝𝑝 𝑝 2 2 𝑝 2 𝑉 2 𝑉𝑉 𝑉 2 2 𝑉 2 𝑝 2 𝑉 2 𝑇 2 𝑇 2 𝑇𝑇 𝑇 2 2 𝑇 2 𝑝 2 𝑉 2 𝑇 2

Газовые законы

Бойля-Мариотта

T=const; p1V1=p2V2

Изотермический

Газовые законы

Гей - Люссака

p=const; 𝑉 1 𝑇 1 𝑉 1 𝑉𝑉 𝑉 1 1 𝑉 1 𝑉 1 𝑇 1 𝑇 1 𝑇𝑇 𝑇 1 1 𝑇 1 𝑉 1 𝑇 1 = 𝑉 2 𝑇 2 𝑉 2 𝑉𝑉 𝑉 2 2 𝑉 2 𝑉 2 𝑇 2 𝑇 2 𝑇𝑇 𝑇 2 2 𝑇 2 𝑉 2 𝑇 2

Изобарный

Газовые законы

Шарля

V=const; 𝑝 1 𝑇 1 𝑝 1 𝑝𝑝 𝑝 1 1 𝑝 1 𝑝 1 𝑇 1 𝑇 1 𝑇𝑇 𝑇 1 1 𝑇 1 𝑝 1 𝑇 1 = 𝑝 2 𝑇 2 𝑝 2 𝑝𝑝 𝑝 2 2 𝑝 2 𝑝 2 𝑇 2 𝑇 2 𝑇𝑇 𝑇 2 2 𝑇 2 𝑝 2 𝑇 2

Изохорный

Термодинамика

Внутренняя энергия - тела это суммарная энергия теплового движения его частиц (кинетическая) плюс потенциальная энергия их взаимодействия друг с другом.
𝑈𝑈= 3 2 3 3 2 2 3 2 ∙ 𝑚 𝑀 𝑚𝑚 𝑚 𝑀 𝑀𝑀 𝑚 𝑀 𝑅𝑅𝑇𝑇 (для одноатомного газа)

Работа при постоянном давлении: А= p∙ΔV

Термодинамика

1 закон термодинамики:
ΔU= Q + A Внутреннюю энергию можно изменить передачей теплоты (теплопроводность, конвекция, излучение) или совершением работы.
Q= ΔU + A΄ Количество теплоты, переданное системе идет на изменение внутренней энергии и на совершение работы.
где А – работа, совершенная над газом (газ сжали), A΄– работа газа (газ расширился)

Термодинамика

Площадь фигуры под графиком давления численно равна работе

Термодинамика

Применение 1 закона термодинамики к изопроцессам:
1. Изотермический: T= const, ΔT=0,
Q=A΄
(вся теплота идет на совершение работы)
2. Изобарный: p=const, ,
Q=5/2νRT, Q= 5/2 pΔV
3. Изохорный: V=const, ΔV=0, A΄ =0,
Q = ΔU
(Вся теплота идет на изменение внутренней энергии).
4. Адиабатный: (процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой) Q=0,
A΄ = - ΔU
(Работа совершается за счет уменьшения внутренней энергии)

Термодинамика

Коэффициент полезного действия: 𝜂𝜂= 𝐴 𝑄 1 𝐴𝐴 𝐴 𝑄 1 𝑄 1 𝑄𝑄 𝑄 1 1 𝑄 1 𝐴 𝑄 1 ∙100%
𝐴𝐴= 𝑄 1 𝑄𝑄 𝑄 1 1 𝑄 1 − 𝑄 2 𝑄𝑄 𝑄 2 2 𝑄 2
𝜂𝜂= 𝑄 1 − 𝑄 2 𝑄 1 𝑄 1 𝑄𝑄 𝑄 1 1 𝑄 1 − 𝑄 2 𝑄𝑄 𝑄 2 2 𝑄 2 𝑄 1 − 𝑄 2 𝑄 1 𝑄 1 𝑄𝑄 𝑄 1 1 𝑄 1 𝑄 1 − 𝑄 2 𝑄 1 ∙100%
Для идеального
теплового двигателя:
𝜂𝜂= Т 1 − Т 2 Т 1 Т 1 Т Т 1 1 Т 1 − Т 2 Т Т 2 2 Т 2 Т 1 − Т 2 Т 1 Т 1 Т Т 1 1 Т 1 Т 1 − Т 2 Т 1 ∙100%,
𝑄 2 𝑄 1 𝑄 2 𝑄𝑄 𝑄 2 2 𝑄 2 𝑄 2 𝑄 1 𝑄 1 𝑄𝑄 𝑄 1 1 𝑄 1 𝑄 2 𝑄 1 = Т 2 Т 1 Т 2 Т Т 2 2 Т 2 Т 2 Т 1 Т 1 Т Т 1 1 Т 1 Т 2 Т 1

Агрегатные состояния вещества

АВ –нагревание твердого тела, в кристаллической решетке молекулы колеблются интенсивнее.
ВС – плавление, разрушается кристаллическая решетка. CD- нагревание жидкости, молекулы жидкости движутся быстрее.
DE-испарение при кипении, молекулы покидают жидкость. ЕF- нагревание пара, молекулы пара движутся быстрее. FMNKTP – обратный процесс: остывание пара, конденсация, остывание жидкости, кристаллизация, остывание твердого тела.

Агрегатные состояния вещества

Нагревание(остывание) ,
Q = cm Δt,
с – удельная теплоемкость – количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг вещества на 10С (1К)
Плавление (кристаллизация)
Q = ± λm ,
λ –удельная теплота плавления – количество теплоты, необходимое для плавления 1 кг кристаллического вещества, взятого при температуре плавления
Испарение (конденсация)
Q = ± r m
r - удельная теплота испарения – количество теплоты, необходимое для испарения1 кг жидкости, взятой при температуре кипения

Агрегатные состояния вещества

Влажность – отношение парциального давления пара к давлению насыщенного пара при данной температуре
𝜑𝜑= 𝑝 𝑝 н 𝑝𝑝 𝑝 𝑝 н 𝑝 н 𝑝𝑝 𝑝 н н 𝑝 н 𝑝 𝑝 н ∙100%
Насыщенный пар – пар, находящийся в термодинамическом равновесии со своей жидкостью (зависит только от температуры).
Точка росы – температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе становится насыщенным.

Психрометр

Агрегатные состояния вещества

Спасибо за внимание!