Главная Обратная связь

Дисциплины:






Теоретичні відомості. Молекулярна фізика – розділ фізики, що вивчає будову і властивості речовини в різних агрегатних станах



Молекулярна фізика розділ фізики, що вивчає будову і властивості речовини в різних агрегатних станах, процеси переходу між ними.

Термодинаміка– розділ фізики, що вивчає загальні властивості макроскопічних систем, що знаходяться в стані термодинамічної рівноваги, і процеси переходу між цими станами.

Стан системи задається термодинамічними параметрами – сукупністю фізичних величин, що характеризують властивості термодинамічної системи. Найважливіші параметри стану хімічно однорідної системи – об’єм , тиск і температура Т. Між цими трьома основними параметрами стану існує зв’язок, що називається рівнянням стану: . Стан термодинамічної системи називається стаціонарним, якщо значення всіх термодинамічних параметрів системи не змінюються з часом. Стаціонарний стан системи називається рівноважним, якщо його незмінність у часі не зумовлена перебігом яких-небудь процесів у тілах, які зовнішні відносно системи. Будь-яка зміна в термодинамічній системі, яка зв’язана із зміною хоча би одного з його термодинамічних параметрів, називається термодинамічним процесом. Рівноважними називаються такі процеси, під час яких зміна стану тіла відбувається дуже повільно, фактично нескін­ченно повільно, і при цих процесах система проходить неперервний ряд нескінченно близьких рівноважних термодинамічних станів.

Ізопроцесами в газах називаються процеси, при яких один із основних параметрів стану зберігається сталим.

Закон Бойля-Маріотта: для даної маси газу при сталій температурі добуток тиску газу на його об’єм є величина стала: або .

Процес, що протікає при сталій тем­пературі, називається ізотермічним.

Закон Гей-Люсаака: об’єм даної маси газу при сталому тиску змінюється лінійно з температурою:

, де - об’єм при 0°С, t – температура за шкалою Цельсія, - коефіцієнт.

Процес, що протікає при сталому тиску, називається ізобарним: і .

Закон Шарля: тиск даної маси газу при сталому об’ємі змінюється лінійно з температурою:

де - тиск газу при 0°С.

Процес, який протікає при сталому об’ємі, називається ізохорним: і .

Один моль – кількість речовини, яка вміщує стільки структурних елементів, скільки є атомів у 0,012 кг ізотопу вуглецю . В одному молі різних речовин міститься одна і та ж число молекул, яка називається сталою Авогадро: .

Закон Авогадро: молі різних газів при однакових температурі і тиску займають однакові об’єми.

При нормальних умовах (Т=273,15 K, р=1,0132· ) один моль будь-якого газу займає об’єм 22,415 .

Закон Дальтона тиск суміші іде­альних газів дорівнює сумі парціальних тисків її компонент.

, де парціальні тиски – це тиск компоненти газу коли б він один займав увесь об’єм, який займає вся суміш.



Рівняння Клапейрона: для деякої маси газу при довільній зміні об’єму й температури тиск змінюватиметься так, що відношення добутку тиску на об’єм до абсолютної температури дорівнюватиме деякій сталій величині: і .

Рівняння Клапейрона-Менделєєва: де об’єм моля газу (молярний об’єм), – універсальна газова стала. Для довільної маси газу m рівняння Клапейрона-Менделєєва має такий вигляд:

, ,де μ – молярна маса газу, ν – число молів газу.

Величина називається середньою квадратичною швидкістю.

В результаті тиск газу - основне рівнянням МКТ ідеального газу для тиску.

Отриману формулу перепишемо у вигляді: ,

де – середня кінетична енергія поступального руху однієї молекули газу.

Тиск ідеального газу дорівнює двом третинам середньої кінетичної енергії молекул одиниці об’єму газу.

Густина газу , то тиск ідеального газу . Звідси .

, , , де - стала Больцмана, то

З рівняння Клапейрона-Менделєєва .

Середня кінетична енергія поступального руху молекул ідеального газу залежить тільки від його абсолютної температури, прямо пропорційна до Т: .

Абсолютна температура є мірою середньої кінетичної енергії поступального руху молекул.

Середня арифметична швидкість молекул визначається за формулою .

Найімовірніша швидкість .

Закон Больцмана про рівно­мірний розподіл енергій за ступенями вільності молекул: для статистичної системи, що перебуває у стані термодинамічної рівноваги, на кожний поступальний і обертальний ступінь вільності припадає в середньому кінетична енергія, що дорівнює , а на кожний коливальний ступінь вільності – в середньому енергія . Середня енергія молекули , де .

Важливою характеристикою термодинамічної системи є її внутрішня енергія U – енергія хаотичного руху мікрочастинок системи (молекул, атомів, електронів, ядер і тощо) і енергія взаємодії цих частинок.

Внутрішня енергія .

- рівняння першого закону термодинаміки: теплота, надана системі, витрачається на збільшення її внутрішньої енергії і на виконання системою роботи проти зовнішніх сил.

Вираз для першого закону термодинаміки для нескінченно малої зміни стану системи матиме вигляд:

або в коректнішій формі , де – нескінченно мала зміна внутрішньої енергії системи, – нескінченно мала робота, – нескінченно мала кількість теплоти. У цьому виразі є повним диференціалом, а і не є повними диференціалами, а функціоналами і залежать від вигляду функції, що описує перехід з одного стану в другий.

 

Повну роботу A, яка виконана газом при зміні його об’єму від до , знайдемо інтегруванням: Теплоємністю тіла називається фізична величина, яка чисельно дорівнює кількості теплоти, яку потрібно надати тілу, щоб підвищити його температуру на один кельвін: . Значення залежить від маси тіла, його хімічного складу, термодинамічного стану i виду процесу зміни стану тіла, в якому надходить теплота .

Питомою теплоємністю c називається фізична величина, що чисельно дорівнює кількості теплоти, яку слід надати одиниці маси цієї речовини для підвищення її температури на : .

Молярною теплоємністю C називається фізична величина, яка числово дорівнює кількості теплоти, яку треба надати одному молю речовини для підвищення його температури на : , де – кількість молей газу. Між молярною теплоємністю і питомою теплоємністю існує співвідношення: .

Оскільки величина теплоємності газу залежить від умов, при яких йому надається кількість теплоти, то, зокрема, розрізняють теплоємність при сталому об’ємі і теплоємність при сталому тиску . В першому випадку нагрівання газу відбувається при сталому об’ємі, а в другому – при сталому тиску. Якщо нагрівають газ, то згідно з першим законом термодинаміки , а для одного моля газу .

Якщо газ нагрівається при сталому об’ємі, то надана газу теплота йде лише на збільшення його внутрішньої енергії: . Якщо газ нагрівається при сталому тиску, то .

- рівняння Майєра. і .

Застосування першого закону термодинаміки до ізопроцесів:

Ізохорний процес : δQ=dU і .

Ізобарний процес : і .

Ізотермічний процес : і .





sdamzavas.net - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...