Молекулярно-кинетическая теория

1. История возникновения молекулярно-кинетической теории
2. Молекулярно-кинетическая теория газов
3. Уравнение молекулярно-кинетической теории

Молекулярно-кинетической теорией называется раздел молекулярной физики, который изучает вещества с точки зрения закономерностей поведения их атомов и молекулярного строения.

Данная теория полагает, что все мельчайшие частички тела постоянно хаотично перемещаются, тем самым вырабатывая тепло.

История возникновения молекулярно-кинетической теории

Вплоть до конца XVIII века считалось, что теплота перемещается от объекта к объекту при помощи некой жидкой субстанции – теплороды, ее поведение изучалось теорией теплороды. Таким образом, процессы нагревания и охлаждения тела объяснялись увеличением или уменьшением теплороды внутри вещества. В теории тепла понятие атома считалось ненужным, но тем не менее, часть ученых уже в то время связывали нагревание тела с перемещением его мельчайших частичек. Среди первых таких ученых был Ломоносов. Но понадобилось некоторое время, чтобы молекулярно-кинетическая теория стала преобладать над устаревшими взглядами многих ученых.

Большинство явлений, происходящих в веществах во всех трех их агрегатных состояниях, объясняются понятиями молекулярно-кинетической теории. К примеру, быстро перемещающиеся частички газа, ударяясь о стенки сосуда, сообщают им импульс, сумма таких импульсов являет собой давление газа на стенки сосуда.

Следует напомнить, что согласно законам механики, сила прямо пропорциональна импульсу тела, а сила, что воздействует на стенку сосуда, называется давлением.

Температура тела зависит от кинетической энергии перемещения его частичек.

Первыми, кто представил миру атомистические положения о структуре вещества, были Демокрит и Левкипп, мыслители Древней Греции. Демокрит выражался по поводу атомов, что они существуют в бесчисленном количестве и вращаются во Вселенной, рождая стихии огня, воды, воздуха и земли. Также значительную роль в становлении молекулярно-кинетической теории сыграли Дж. К. Максвелл и Л. Больцман. В их работах заложена база статических характеристик вещества, состоящего из бесчисленного множества молекул, постоянно пребывающих в хаотичном движении. Этот подход был более подробно изучен в начале XX века в работах Дж. Гиббса, что по праву признан одним из основателей статической физики. Лишь в этот период развития науки ученые пришли к мнению, что характер молекул и атомов нужно описывать положениями не классической, а квантовой механики. Именно это дало толчок в становлении статической физики и дало возможность объяснить явления, которые до этого не получалось истолковать понятиями классической механики.

Благодаря молекулярно-кинетической теории стали понятными и объяснимыми многие явления, например, диффузия, вязкость и теплопроводность.

Не нашли то, что искали?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип работы Выберите тип работыКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Молекулярно-кинетическая теория газов

Газ является одним из агрегатных состояний вещества. Идеальным считается такой газ, молекулы которого перемещаются хаотично и не пересекаются между собой.

В молекулярно-кинетической теории существует ряд законов, описывающих различные процессы в идеальном газе:

• уравнение Менделеева-Клапейрона;
• закон Авогадро;
• закон Бойля-Мариотта;
• закон Гей-Люссака.

Наглядным примером использования молекулярно-кинетической теории есть выведение формулы для расчета давления газа. Сначала определяют среднее число ударов молекул о стенки сосуда в единицу времени. В газе условно изображают оси системы координат Декарта.

Допустим, в сосуде находится количество молекул \(N\), так как их очень много, можно считать, что параллельно каждой из осей будет перемещаться \({N \over 3}\) молекул. В направлении, перпендикулярном стенке сосуда, параллельно каждой из осей будет перемещаться около \({N \over 6}\) молекул. Допустим, что на стенках сосуда существует некоторый плоский элемент \(DS\). Для упрощения представим, что скорость всех молекул равна одной величине \(V\). В таком случае за некоторое время \(Dt\) к стенке \(DS\) прилетят все молекулы, что перемещаются в ее сторону и находятся в сосуде.

Если концентрация молекул, что наполняют заданный объем равняется \(n={N \over V}\), то количество долетевших и столкнувшихся со стенкой молекул рассчитается по формуле:

\(D_v ={δv \over δSδt}={nv \over 6}\)

Каждая частичка, столкнувшаяся со стенкой, передаст ей свой импульс. Так как при упругом столкновении скорость молекулы изменится в противоположную сторону, от значения \(v\) до \(–v\), она будет равна \(2mv.\)

Сила действия на стенки сосуда \(DS\) за некоторое время \(Dt\) будет равняться полному импульсу, который передастся от всех молекул, ударившихся о стенку сосуда за некоторый промежуток времени. Формула для расчета этой силы выглядит так:

\(F =2mvns{DS \over Dt}\)

Давление рассчитывается по такой формуле:

\(p = {F \over DS}\)

Путем несложных преобразований получаем:

\(p = {nmv^2 \over 3}\)

Для более точного расчета откажемся от допущения об одинаковой скорости всех молекул, и разобьём их на несколько групп, в каждой из которых будут молекулы с близкой по значению скоростью перемещения. В таком случае среднее значение давления рассчитается по такой формуле:

\(p = {nm \over 3}(v^2)\)

Эту формулу можно записать в таком виде:

\(p = {2 \over 3}nE_k,\)

где \(E_k = {1 \over 2}m(v^2)\) – средняя кинетическая энергия молекул.

Сложно разобраться самому?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип задания Выберите тип заданияКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Тепло перемещается от горячего вещества к холодному, то есть температура соприкоснувшихся тел усредняется. Такое явление называют тепловым равновесием. Тепло воспринимают как энергетическую форму, то есть – кинетическую энергию молекул. Данная величина есть мерилом температуры, она усредняется большущим числом хаотично перемещающихся частичек.

Данное положение относится ко всем агрегатным состояниям вещества. Молекулы охлажденного тела перемещаются медленнее, чем нагретого. При соприкосновении двух тел с разной температурой, скорость перемещения частичек в одном уменьшается, а в другом увеличивается, данный процесс сопровождается выравниванием средней кинетической энергии, которая в итоге становится равной у двух тел. При этом говорят, что система двух тел достигает теплового равновесия.

Так как величина температуры тела и кинетической энергией молекул тесно связаны, то единицей измерения являются энергетические единицы – джоуль или эрг. Поскольку энергия теплового перемещения молекул сравнительно маленькая, то использование эрга не целесообразно. В молекулярной физике все же используют градус. А если температура задана в Кельвинах, то ее связь с кинетической энергией описывается такой формулой:

\(E_k = {3 \over 2}kT\)

где \(k \) – коэффициент перехода, что определяет часть эрга в градусе. Эта величина названа Больцманом.

Уравнение молекулярно-кинетической теории

Разберем упрощенное выведение данного уравнения.

Допустим есть частички газа с массой \(m_0\) в количестве \(N\), которые размещены в сосуде формы куба. Поскольку они движутся хаотично, то вероятность их перемещения в каждом из шести направлений системы координат Декарта одинакова. Поэтому число молекул, перемещающихся в каждом из шести направлений, равняется \( {N\over 6}\) штук.

Допустим, что все молекулы перемещаются с равной скоростью \(v\). В таком случае каждая молекула, сталкивающаяся со стенкой сосуда, сообщит ей импульс \(δp=2m_0 v\).

Принимая площадь стенки \(S\), а концентрацию n, количество частичек, сталкивающихся со стенкой сосуда за время \(δt\), определится по формуле:

\( N={nSδtv\over 6}.\)

Так как \(p= {F\over S},\) а \(F= {δp\over δt}N,\) – суммарная сила воздействия молекул на стенки сосуда, то путем несложных преобразований получим \(p= {m_0 nv^2\over 3},\) поскольку \(E_k= {1\over 2}mv^2,\) то \(p= {2\over 3}kT.\)