Основы молекулярно-кинетической теории (МКТ)
Основные положения
1. Все вещества состоят из частиц (молекул, атомов), разделенных промежутками.
Доказательства:
- фотографии атомов и молекул, сделанные с помощью электронного микроскопа;
- возможность механического дробления вещества, растворение вещества в воде, диффузия, сжатие и расширение газов.
2.Частицы всех веществ беспорядочно и хаотично движутся.
Доказательства:
- диффузия – явление взаимного проникновения частиц одного вещества между частицами другого вещества вследствие их теплового движения.
- броуновское движение мелких, инородных, взвешенных в жидкости частиц под действием не скомпенсированных ударов молекул.
3. Частицы всех веществ взаимодействуют между собой: одновременно действуют силы взаимного притяжения и отталкивания (природа сил носит электромагнитный характер).
Доказательства:
- сохранение формы твердыми телам, для их разрыва необходимо усилие;
- жидкие и твердые тела трудно сжимаемы;
- капли жидкости, помещенные в непосредственной близости друг от друга, сливаются;
- явления смачивания и несмачивания. График зависимости силы взаимодействия двух молекул от расстояния между ними.
- сила взаимодействия молекул, r – расстояние между их центрами.
- сила отталкивания, положительная. r0
- сила притяжения, отрицательная.r < r0
На расстоянии результирующая сила =0,
т.е. силы притяжения и отталкивания уравновешивают друг
друга. Поэтому расстояние соответствует равновесному
расстоянию между молекулами.
r > r0
Основные понятия..
Атом – мельчайшая частица химического элемента, являющаяся носителем его химических свойств.
Молекула – наименьшая частица химического соединения, обладающая его основными химическими свойствами и состоящая из двух или нескольких атомов.
Ион – атом или молекула, которые потеряли или присоединили один или несколько электронов. m0 – масса молекулы, m0 10 -26 – 10-27 кг.
d0– диаметр молекулы, d0 10-10 м .
υ0 – скорость молекулы, υ0 200 – 2000 м/с.
Связи физических величин
Величина
| Единица
| Формула
| Моль – количество вещества, содержащее одно и то же число частиц, названное постоянной Авогадро
|
|
NА=6,022 · 1023 моль-1
| Молярная масса – масса вещества, взятого в количестве 1 моль
Мr – относительная атомная масса
|
|
,
| Количество вещества
|
моль
| ,
| N-число молекул (атомов)
|
| ,
| m-масса вещества
| кг
| ,
| Масса молекулы (атома)
|
кг
| , ,
| Концентрация частиц – число частиц в единичном объеме
|
|
| Плотность вещества – масса приходящаяся на единицу объема, V0 – объем молекулы (атома)
|
| , ,
| Температура по шкале Кельвина
| К
|
| Средняя кинетическая энергия поступательного движения частицы
|
Дж
| ,
| Среднее значение квадрата скорости движения частиц
|
|
| Средняя квадратичная скорость
|
| , ,
| Давление идеального газа (основное уравнение МКТ идеального газа)
|
Па
| , , ,
| Замечание:
-молярная масса воздуха М=кг/моль;
-для двухатомных газов (О2, Н2, N2, Сl2) молярная масса М= Мr ·кг/моль.
Постоянная Больцмана ;
Универсальная газовая постоянная , .
Агрегатные состояния вещества.
| Газы
| Жидкости
| Твердые тела
| Свойства.
| Занимают весь предо- ставленный объем. Не сохраняют форму. Легко сжимаются.
| Сохраняют объем. Обладают свойством текучести. Принимают форму сосуда.
| Сохраняют форму и объем.
| Расположе-
ние
молекул.
| Нет порядка в расположении молекул. Расстояние между молекулами гораздо больше размеров молекул.
| Упорядоченное распо- ложение ближайших соседних молекул (ближний порядок). Расстояние между молекулами сравнимо с их размерами.
| В кристаллических твердых телах молекулы располагаются в определенном порядке (дальний порядок). Расстояние между молекулами порядка размеров молекул.
| Силы взаимодействия.
| Fприт= 0 и Fотталт= 0
| Fпрот внутри жидкости
Fпр >Fот поверх. слой
| Fпр ≈ Fот
| Движение
молекул.
| Молекулы свободно движутся во всех направлениях, столк-новения относительно редки.
| Молекулы колеблются вблизи положений равновесия, время от времени переходя в соседнее положение равновесия.
| Молекулы колеблются вблизи положений равновесия, что обуславливает сохранение формы.
| Энергия
молекул.
| Кинетическая энергия теплового движения молекул много больше потенциальной энергии их взаимодействия.
| Кинетическая энергия теплового движения молекул сравнима с потенциальной энергией их взаимодействия.
| Потенциальная энергия взаимодействия молекул много больше кинетической энергии их теплового движения.
|
Твердые тела
Кристаллические
| Аморфные
| Атомы (молекулы) расположены в строго определенном порядке, не меняющемся во всем объеме кристалла (соль, лед, кварц, медь).
| Отсутствует дальний порядок в расположении молекул (стекло, смолы).
| Проявляют упругость при механических воздействиях, как кратковременных, так и длительных.
Тпл. = const
| При кратковременных механических воздействиях проявляют упругие свойства, при длительных воздействиях текучи (проявляют свойства жидкостей).
| Обладают определенной температурой плавления Tпл. При T < Tпл тело останется твердым, при T > Tпл становится жидким.
| Нет определенной температуры плавления. Переход из твердого состояния в жидкое происходит постепенно – вещество размягчается, растет текучесть.
| Монокристаллы
| Поликристаллы
|
Изотропны.
| Состоят из одиночных кристаллов (алмаз, турмалин).
Анизотропны.
| Состоят из множества одиночных кристаллов (металлы, сахар-рафинад)
Изотропны.
| Анизотропия – зависимость физических свойств вещества (механических, тепловых, электрических, магнитных, оптических) от направления в кристалле.
Изотропия – независимость физических свойств вещества от направления в кристалле.
Экспериментальное определение скоростей молекул. Опыт Штерна (1920г) – измерена скорость движения молекул серебра. В середине двух цилиндров находится платиновая проволока, покрытая серебром, по которой протекает электрический ток. Атомы серебра, испаряясь, оседают в виде полосок на
внутренней поверхности второго цилиндра:
- без вращения внешнего цилиндра в области точки М0;
- при вращении в области точки М, образуя более широкую
полоску.
Тогда , но , поэтому
Выводы: наблюдаемое в опыте размытие полосок, говорит о различных скоростях атомов серебра при данной температуре. Атомы, движущиеся медленно, смещаются больше, чем атомы, движущиеся быстро. Толщина слоя серебра зависит от места конденсации атомов, а значит число атомов в этом месте зависит от их скорости. Результаты опыта подтвердили теоретические выкладки. Идеальный газ.
Идеальный газ – молекулярно-кинетическая модель газа, в которой пренебрегают размерами молекул газа и потенциальной энергией их взаимодействия.
Давление газа в МКТ обусловлено ударами молекул о стенки сосуда. Это давление зависит от числа ударившихся молекул и температуры газа.
Термодинамическая система (ТДС) – любое макроскопическое тело или система тел. ТДС при неизменных условиях самопроизвольно переходит в состояние теплового равновесия.
Термодинамическое равновесие – это состояние, при котором все макроскопические параметры (параметры, описывающие поведение большого числа молекул) сколь угодно долго остаются неизменными.
Температура характеризует состояние теплового равновесия макроскопической системы: во всех частях системы, существующих в состоянии теплового равновесия, температура имеет одно и то же значение. При описании физических законов используют шкалу Кельвина.
Абсолютная температура измеряется в кельвинах (К). Она является мерой средней кинетической энергии движения молекул. 10С = 1 К Δt = ΔТ
Абсолютный нуль температуры (T = 0 К) – значение температуры, соответствующе ниже нуля температуры по шкале Цельсия. Абсолютный ноль недостижим, так как в этом случае скорость теплового движения молекул равна нулю, чего не может быть.
Нормальные условия: t =, Т=273 К, ратм = 105 Па = 1 атм.
Параметры газа p,V,T.
p – давление
| V – объем -прямоугольный сосуд:
-цилиндрический сосуд:
| Т – температура газа
для 1-ой
молекулы
,
|
Уравнение состояния идеального газа.
Уравнение Клапейрона
(для данного газа при
m = const) связывает несколько состояний газа. Уравнение Менделеева-
Клапейрона
|
| Для смеси газов:
- закон Дальтона (давление смеси газов равно сумме парциальных давлений каждого газа в отдельности в объеме V).
| описывает одно состояние
Газовые законы.
Изобарный процесс. Закон Гей- Люссака: для газа постоянной массы отношение объема к температуре постоянно, если давление газа не меняется.
,
V 1
Р2 > Р1
2
T
0
| Изохорный процесс.
Закон Шарля: для газа постоянной массы отношение давления к температуре постоянно, если объем не изменяется.
,
P 1
2 V2 > V1 0 T
| Изотермический процесс.
Закон Бойля-Мариотта: для газа постоянной массы произведение давления на объем остается постоянным, если температура газа не изменяется.
,
P
2 T2 > T1
1
0
V
| Взаимные превращения жидкостей. Парообразование – процесс перехода вещества из жидкого или твердого состояния в газообразное.
Конденсация – процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое.
Способы парообразования.
Испарение.
Это процесс, при котором со свободной поверхности жидкости или твердого тела вылетают молекулы, у которых кинетическая энергия максимальна. Испарение сопровождается охлаждением жидкости, т. к. вылетают самые быстрые молекулы. Испарение происходит при любой температуре.
| Кипение.
Это процесс парообразования, происходящий как со свободной поверхности, так и по всему объему жидкости при помощи образующихся в ней пузырьков пара. Кипение происходит в случае, если давление насыщенного пара внутри пузырька пара равно или больше внешнего давления. Кипение происходит только при определённой для данного вещества температуре. Температура кипения зависит от внешнего давления.
|
Динамическое равновесие – состояние, в котором может находиться пар (жидкость) при превращении в жидкость (пар); при этом число частиц, вылетающих с поверхности жидкости в единицу времени, равно числу частиц, возвращающихся в жидкость.
Насыщенный пар – пар, находящийся в состоянии динамического Насыщенный
равновесия со своей жидкостью (существует только в закрытом пар
сосуде). Концентрация молекул и давление насыщенного пара
не зависят от его объема при постоянной температуре. С повышением температуры будут увеличиваться Идеальный концентрация молекул и давление насыщенного пара (см. рис.). газ
Ненасыщенный пар – пар, плотность и давление которого меньше
плотности и давления насыщенного пара при данной температуре; пар, не находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью.
Точка росы – температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным в результате охлаждения.
Парциальное давление водяного пара – давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы в воздухе отсутствовали.
Влажность воздуха – характеризует содержание водяного пара в воздухе.
Абсолютная влажность воздуха – масса водяного пара в 1 м3 воздуха при данной температуре (плотность).
Относительная влажность равна отношению парциального давления пара (или плотности) к давлению (или плотности) насыщенного пара при данной температуре.
Относительная влажность показывает насколько далёк пар от насыщения. Связи физических величин
Величина
| Единица
| Формула
| Абсолютная влажность (плотность водяного пара)
|
|
| Относительная влажность
|
%
| ,
| Для определения влажности воздуха служат психрометр и гигрометр.
перейти в каталог файлов
| Образовательный портал
Как узнать результаты егэ
Стихи про летний лагерь
3агадки для детей |