REAL FIZICĂ
Cel mai simplu model al teoriei moleculare-cinetice este modelul unui gaz ideal. În modelul cinetic al unui gaz ideal, moleculele sunt considerate ca bile perfect elastice care interacționează unul cu celălalt și cu pereții numai în timpul coliziunilor elastice. Se presupune că volumul total al tuturor moleculelor este mic în comparație cu volumul vasului în care este localizat gazul. Modelul unui gaz ideal descrie destul de bine comportamentul gazelor reale într-o gamă largă de presiuni și temperaturi.
Ținta Teoria cinetică moleculară este de a stabili o legătură între microscopice (greutate, viteza, energia cinetică a moleculelor) și parametrii macroscopice (presiune, temperatura gazului). Ca rezultat al fiecărei coliziuni între molecule și molecule cu peretele, vitezele moleculelor pot varia în modul și direcție; la intervalele dintre coliziuni consecutive, moleculele se mișcă uniform și rectiliniu.
În modelul ideal de gaz se presupune că toate coliziunile apar în conformitate cu legile șocului elastic, adică se supun legilor mecanicii clasice. Folosind modelul ideal de gaz, calculați presiunea gazului pe peretele vasului. În procesul de interacțiune a moleculei cu peretele navei, apar forțe între ele, care respectă a treia lege a dinamicii. Ca rezultat, proiecția vitezei vx a moleculei perpendiculară pe peretele schimba semnul la opusul, iar proiecția VY vitezei, paralel cu peretele, rămâne neschimbat (Fig. 1).
Figura 1. Coliziunea elastică a unei molecule cu un perete.
Prin urmare, schimbarea momentului de momenŃă va fi 2mv vx. unde mo este masa moleculei. Selectăm pe perete o anumită zonă S (figura 2). În timp Toate moleculele cu o proiecție de viteză vx se vor ciocni cu această platformă. îndreptată spre perete și amplasată în cilindru cu baza zonei S și înălțimea vx # 916;
Figura 2. Determinarea numărului de coliziuni ale moleculelor cu zona S.
Să presupunem că n molecule sunt cuprinse într-un volum unitar al unui vas; atunci numărul de molecule din volumul cilindrului este nSvx # 916; Dar din acest număr numai jumătate se mișcă spre perete, iar cealaltă jumătate se mișcă în direcția opusă și nu se ciocnește cu peretele. În consecință, numărul de impacturi ale moleculelor pe situl S în timp T este egal cu Fiecare moleculă își schimbă impulsul cu 2m0 vx într-o coliziune cu peretele. apoi o schimbare completă a momentului tuturor moleculelor care se ciocnesc în timp # 916; t cu solul S, egală cu legile mecanicii Prin această schimbare de impuls de coliziune cu peretele de molecule are loc sub acțiunea forțelor de impuls F # 916; t, în cazul în care F - o forță medie care acționează asupra moleculelor de perete la locul S. Dar Prin a treia lege a dinamicii, aceeași forță modulo acționează din partea moleculelor din partea moleculelor, prin urmare, putem scrie:
Împărțind ambele părți în S # 916; t, obținem:
unde p este presiunea gazului pe peretele vasului. În derivarea acestei relații sa presupus că toate moleculele n conținute într-un volum unitar de gaz au aceleași proiecții de viteză pe axa X. De fapt, acest lucru nu este cazul. Ca urmare a numeroaselor coliziuni ale moleculelor de gaz reciproc și cu pereți într-un vas care conține un număr mare de molecule, se stabilește o anumită distribuție statistică a moleculelor peste viteze. În acest caz, toate direcțiile vectorilor vitezei moleculare se dovedesc a fi egale (echilibrate), iar modulele de viteză și proiecțiile lor pe axele de coordonate respectă anumite regularități.
Distribuția moleculelor de gaz modulo vitezele se numește distribuția Maxwell (1860). JK Maxwell a dedus legea distribuției moleculelor de gaz în termeni de viteze, pornind de la pozițiile de bază ale teoriei moleculare-cinetice. În Fig. 3 prezintă curbele tipice ale distribuției vitezei de molecule. Abscisa reprezintă modulul de viteză, iar ordonata reprezintă numărul relativ de molecule ale căror viteze se situează în intervalul de la v la v + # 916; v. Acest număr este egal cu aria selectată în Fig. 3 coloane.
Figura 3. Distribuția moleculelor prin viteze. T2> T1.
Parametrii caracteristici ai distribuției Maxwell sunt viteza cea mai probabilă vc. corespunzătoare maximului curbei de distribuție și viteza medie-pătrată a rădăcinii unde este valoarea medie a pătratului vitezei. La creșterea temperaturii, curba maximă de distribuție se deplasează spre viteze mai mari, cu creșterea vb și vk. Pentru a clarifica formula pentru presiunea gazului pe peretele vasului, presupuneți că toate moleculele conținute într-un volum unitar sunt împărțite în grupuri care conțin n1. n2. n3, etc., molecule cu proiecții de viteze vx1. VX2. vx3, respectiv, respectiv. Fiecare grup de molecule contribuie la presiunea gazului. Ca urmare a coliziunilor cu peretele moleculelor cu valori diferite ale proiecțiilor vitezelor vxi, presiunea totală
Suma din această expresie este suma pătratelor proiecțiilor vx ale tuturor moleculelor n într-un volum unitar al gazului. Dacă această sumă este împărțită la n, atunci vom obține valoarea medie a pătratului de proiecție a vitezei moleculelor:
Această ecuație stabilește o relație între presiunea p a unui gaz ideal, masa unei molecule mo. concentrația de molecule n, valoarea medie a pătratului vitezei și energia cinetică medie a mișcării translaționale a moleculelor. Se numește ecuația de bază a teoriei moleculare-cinetice a gazelor. Astfel, presiunea gazului este egală cu două treimi din energia cinetică medie a mișcării de translație a moleculelor conținute într-un volum unitar. Ecuația de bază a teoriei moleculare-cinetice a gazelor include produsul concentrației de molecule n de energia cinetică medie a mișcării translaționale. Dacă presupunem că gazul se află într-un vas cu volum constant V, atunci (N este numărul de molecule din vas). În acest caz, schimbarea presiunii P este proporțională cu schimbarea energiei cinetice medii. Se pun întrebări: cum poate fi schimbată experimental energia cinetică medie a mișcării moleculelor într-un vas cu volum constant? Ce cantitate fizică ar trebui schimbată pentru a schimba energia cinetică medie
O asemenea valoare în fizică este temperatura. Conceptul de temperatură este strâns legat de conceptul de echilibru termic. Corpurile care se află în contact între ele pot schimba energia. Energia transferată de un corp în altul în timpul contactului termic se numește cantitatea de căldură. Echilibrul termic este o stare a unui sistem de corpuri în contact termic, în care nu are loc transferul de căldură de la un corp la altul, iar toți parametrii macroscopici ai corpurilor rămân neschimbați. Temperatura este un parametru fizic, același pentru toate corpurile în echilibru termic. Posibilitatea introducerii conceptului de temperatură rezultă din experiență și se numește legea zero a termodinamicii.
Pentru a măsura temperatura, se folosesc instrumente fizice - termometre. în care temperatura este evaluată prin schimbarea unui parametru fizic. Pentru a crea un termometru, trebuie să alegeți o substanță termometrică (de exemplu, mercur, alcool) și o valoare termometrică. care caracterizează proprietatea unei substanțe (de exemplu, lungimea unei coloane de mercur sau a unei coloane de alcool). Diferitele modele de termometre folosesc o varietate de proprietăți fizice ale substanței (de exemplu, schimbarea dimensiunilor liniare ale solidelor sau schimbarea rezistenței electrice a conductorilor atunci când sunt încălzite).
Termometrele trebuie calibrate. Pentru a face acest lucru, ele sunt aduse în contact termic cu corpuri ale căror temperaturi sunt presetate. Cel mai adesea se folosesc sisteme naturale simple în care temperatura rămâne neschimbată în ciuda schimbului de căldură cu mediul - un amestec de gheață și apă și un amestec de apă și abur care se fierbe la presiune atmosferică normală. Pe scala de temperatură Celsius, temperatura punctului de topire este de 0 ° C, iar punctul de fierbere al apei este de 100 ° C. Schimbarea lungimii coloanei de lichid din capilarii termometrului cu o sută din lungimea dintre semnele de 0 ° C și 100 ° C este egală cu 1 ° C. În unele țări (SUA) este utilizat pe scară largă Fahrenheit (TF), în care temperatura de congelare a apei este luată egală cu 32 ° F, iar punctul de fierbere al apei egal cu 212 ° F. Prin urmare,
Locul special in fizica ocupa termometre cu gaz (figura 4), în care substanța termometrică este gaz rarefiată (heliu, aer) într-un vas de volum constant (V = const), o cantitate termometrică - presiunea gazului p. Experiența arată că presiunea gazului (la V = const) crește cu creșterea temperaturii, măsurată la scară Celsius.
În această relație, n1. n2. n3. ... - concentrația moleculelor de gaze diferite în amestec. Această relație este exprimată în limbajul teoriei moleculare cinetice stabilit experimental la începutul secolului XIX, legea lui Dalton: presiunea din amestecul de vedere chimic care nu interacționează cu gaz egală cu suma presiunilor parțiale.
Știați că atunci când unii cercetători care încearcă să reconcilieze relativismul și fizica eterică spun, de exemplu, că cosmosul constă în 70% din "vidul fizic" și 30% din materie și câmp, atunci acestea intră în contradicții logice fundamentale. Această contradicție este după cum urmează.
ȘTIRI ALE FORUMULUI
Cavalerii teoriei eterului
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: