Необратимость процессов в природе или почему

1.
Почему разбитая ваза не станет целой сама по себе?
Доцент НИТУ «МИСиС»
С.И. Валянский
Использован иллюстративный материал из wikipedia.ru.
2.
Основные положения молекулярнокинетической теории
1. Элементарным объектом в молекулярнокинетической теории является атом - мельчайшая
частица вещества, определяющая его физикохимические свойства.
2. Все эти объекты находятся в постоянном
беспорядочном тепловом движении.
3. Идеальным газом называется газ, структурные
элементы которого являются материальными
точками, то есть расстояния между молекулами
намного превосходят их размеры.
4. Единственный вид их взаимодействий между собой упругие механические столкновения, при которых они
обмениваются импульсами и энергией.
3.
Взаимодействие газовых частиц со стенками сосуда.
Сила Fxi и давление Pxi, действующие
со стороны i-той молекулы на стенку сосуда,
расположенную в плоскости YOZ:
Аналогично
Здесь V = L3 - объем, занимаемый газом внутри сосуда.
4.
5.
Абсолютная температура идеального газа есть мера
кинетической энергии поступательного движения его
молекул.
Средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы
выражается формулой:
или:
где k = R/NA = 1,38·10-23 Дж/K – постоянная Больцмана.
Уравнение Клапейрона-Менделеева может быть преобразовано к виду:
PV = NkT, где N = νNA.
Разделив это выражение на объем газа V, получим уравнение для давления:
P = nkT,
или:
6.
P = nkT
позволяет определить
давление смеси газов.
(n = N/V - концентрация молекул газа.)
Давление, создаваемое идеальным газом,
не зависит от физико-химических свойств
молекул, образующих газ. Считая газы
находящимися в равновесном состоянии
можно найти концентрацию молекул
в смеси nΣ:
, где K - число газов в смеси.
, где Pj - давление j-го газа смеси.
Это закон, открытый Джоном Дальтоном (1801):
Джон Дальтон
(1766 — 1844),
английский провинциальный
учитель-самоучка,
химик, метеоролог и
естествоиспытатель.
ДАВЛЕНИЕ, СОЗДАВАЕМОЕ СМЕСЬЮ
ГАЗОВ, РАВНО СУММЕ ДАВЛЕНИЙ
ВСЕХ ГАЗОВ, СОСТАВЛЯЮЩИХ ЭТУ
СМЕСЬ.
7.
Степени свободы
Число степеней свободы, в соответствии с
классической механикой, равняется количеству
координат, необходимому для задания положения
объекта в пространстве.
Число степеней свободы одноатомного газа, равно
трем.
В случае двухатомной молекулы имеются
дополнительно две вращательные степени свободы.
Для молекул, состоящих из трех и более жестко
связанных атомов, число дополнительных
вращательных степеней свободы равно трем, а
суммарное число степеней свободы, соответственно,
равно шести.
8.
Закон равнораспределения энергии по степеням
свободы.
Средняя кинетическая энергия, приходящаяся при тепловом
равновесии на одну степень свободы молекулы, равна kT/2.
При
расчете
колебательными
кинетической
энергии
степенями
энергии
многоатомных
свободы
атомов
в
молекул
необходимо,
молекуле,
с
кроме
учитывать
потенциальную энергию взаимодействия этих атомов kT.
Для одноатомного газа i = 3, для двуатомных молекул с жестко
связанными атомами i = 5, для жестких, многоатомных молекул i = 6.
9.
Длина свободного пробега молекул газа.
Это среднее расстояние, которое пролетает
молекула между очередными её
столкновениями с другими молекулами газа.
Молек
улы
рисунк на
е
изобр
ажены
жирн
окруж ыми
ностя
ми
Концентрацию молекул газа n можно представить в виде:
(так как V0 = πd2L)
10.
Если в лабораторной системе отсчёта средняя скорость молекул
равна <v>, то длина свободного пробега λ и величина L будут
связаны соотношением
где: <vотн> - среднее значение относительной скорости молекулы 2
в системе отсчёта, связанной с молекулой 1.
где σ = πd2 - эффективное сечение взаимодействия молекул.
11.
Средняя частота соударений молекулы газа с
другими
молекулами
–
это
величина,
равная
отношению средней скорости молекулы к длине её
свободного пробега:
12.
21 сентября 1859 он доложил на
заседании Британской ассоциации
содействия прогрессу наук о
распределении молекул газа по скоростям
– знаменитом Максвелловском
распределении.
Джеймс Клерк Максвелл
(1831 – 1879)
британский физик
13.
Один из основоположников
классической статистической физики
и физической кинетики.
В 1866 году он вывел закон
распределения газовых молекул по
энергиям (распределение
Больцмана).
Его имя носит одна из основных
физических постоянных
k = R/NA
(k = 1,3810-23 Дж/К).
Людвиг Больцман
(1844 – 1906)
австрийский физик
14.
Распределение Больцмана
Допустим, идеальный газ находится
во внешнем гравитационном поле.
Пусть
гравитационное
поле
однородно, а ось OZ направлена
вертикально вверх.
Условие механического равновесия для
объема газа dV запишется в виде:
PdS = (P + dP)dS + ρgdSdz,
тогда
dP = - ρgdz,
где: ρ= mn = mP/kT – плотность газа, g – ускорение свободного
падения, m - масса одной молекулы газа.
15.
Интегрирование этого уравнения позволяет определить
зависимость давления от высоты:
где P0 - давление газа на высоте, принятой за начало отсчета.
 gh 
 , где
 RT 
P  P0  exp  
μ - молярная масса газа.
Давление газа на различных
высотах над Землей.