Pe parcursul dezvoltării fizicii, subiectul principal al studiului său era structura materiei. La niveluri diferite de dezvoltare științifică, ideile de bază despre structura materiei sunt, de asemenea, diferite. Odată cu dezvoltarea teoriei fenomenelor termice în fizică, a fost creată o teorie moleculară-cinetică. Poziția fundamentală a acestei teorii este recunoașterea faptului că toate substanțele constau din cele mai mici particule, numite molecule, care se află într-o stare de mișcare continuă. Datorită dimensiunii foarte mici a moleculelor (de ordinul 10-8 cm), există o cantitate imensă în ele. De exemplu, numai 1 cm3 de aer în condiții normale conține 2,7 · 10 19 molecule. Prin urmare, aplicarea legilor mecanicii pentru a găsi caracteristicile microscopice ale unui astfel de macrocomastie, adică coordonatele și momentele fiecărei molecule, este absolut nepromotivă. Pentru a studia macro-sistemele, sunt necesare alte abordări.
Proprietățile fizice ale sistemelor constând într-un număr colosal de particule (atomi și molecule) este subiectul fizicii moleculare.
Începând studiul fizicii moleculare și al termodinamicii, este necesar să transmitem studenților:
1. Pentru a răspunde la multe întrebări, este suficient să nu știm comportamentul moleculelor individuale, ci doar parametrii macroscopici care caracterizează starea întregului sistem. Astfel de parametri sunt, de exemplu, volumul sistemului, masa, energia totală. Dacă sistemul este într-o stare de echilibru, el este, de asemenea, caracterizat prin parametri precum presiunea și temperatura. Valorile parametrilor macroscopici nu sunt determinate de comportamentul moleculelor individuale, ci de rezultatul mediu, la care rezultă rezultatele mișcării cumulate, adică valorile medii ale parametrilor microscopici.
2. Problema Teoria cinetică moleculară este de a lega parametrii macroscopici ai sistemului cu valorile medii ale cantităților microscopice și la o metodă de calcul a acestor valori medii pe baza legilor mișcării particulelor individuale. Această abordare este valabilă pentru sistemele de gaze. De exemplu, pentru un mol al unei teorii cinetice moleculare gaz ideal stabilește o legătură între produsul a doi parametri macroscopici - presiunea P, iar volumul molar - iar valoarea medie a microscopice parametrul E - energia cinetică a mișcării termice aleatorie a unei molecule:
unde este Avogadro constantă.
3. Din punct de vedere istoric, există o altă abordare a studiului sistemelor constând dintr-un număr mare de particule, în care stabilirea de legături între diferiți parametri macroscopici se realizează experimental. De exemplu, pentru un mol de gaz ideal, se stabilește următoarea relație din experimentul dintre trei parametri macroscopici: presiunea, volumul molar și temperatura gazului termodinamic:
unde R este constanta gazului. Această abordare empirică este tipică pentru termodinamică.
În cadrul termodinamicii, semnificația fizică profundă a parametrilor macroscopici ai sistemului, adică legătura lor cu valorile medii ale parametrilor microscopici, nu este dezvăluită. Cu toate acestea, datorită acestei circumstanțe, legile fundamentale ale termodinamicii, stabilite experimental, sunt de mare generalitate și sunt aplicabile tuturor sistemelor macroscopice, indiferent de caracteristicile structurii lor interne.
4. Ideile cele mai complete despre proprietățile sistemelor unui număr mare de particule sunt date de utilizarea în comun a termodinamicii și a mecanicii statistice. De exemplu, o comparație a formulelor (1) și (2) face posibilă stabilirea semnificației fizice a parametrului macroscopic - temperatura termodinamică T.
și de asemenea obține o expresie convenabilă pentru presiunea ideală a gazului
Astfel, presiunea unui gaz ideal este determinată de numărul mediu de particule pe unitatea de volum n și de temperatura termodinamică.
fapte experimentale: observarea mișcării browniene, compresibilitatea gazelor, umezire fluid la limita cu un corp solid, difuzie, conducta de căldură și alte fenomene.
Concepte: moleculă mol, căldură, presiune, volum, temperatură, energie internă, echilibru termic, un gaz, lichid, solid, motoare termice, ciclu Carnot, entropia, transformările de fază.
Legi și ecuații. ecuația de stare a unui gaz ideal; Legea privind distribuția moleculelor de gaz peste viteze (distribuția Maxwell); prima și a doua lege a termodinamicii, ipoteza de echilibrare a energiei în grade de libertate, inegalitatea Clausius, principiul entropiei crescânde.
Trimiteți-le prietenilor: