ФИЗИКА Модуль 2 Молекулярная физика и термодинамика УГТУ-УПИ

УГТУ-УПИ
ФИЗИКА
Модуль 2
Молекулярная физика и термодинамика
Лекционная презентация
Е.С. Левин
Научный редактор –
профессор, доктор физико-математических наук А.А. Повзнер
Екатеринбург
2007
Модуль 2.
Молекулярная физика и
термодинамика.
Молекулярно-кинетическая теория
Л7-10
Распределение Максвелла-Больцмана Л8-13.
Явление переноса Л9-10.
Первое начало термодинамики Л10-11.
Изопроцессы. Энтропия
Л11-10.
Второе начало термодинамики. Цикл Карно Л12-14.
Модуль 2: лекций 6 (12часов), 68 слайдов.
Молекулярная физика
(Волькенштейн-1990 г)
МКТ 5.21 5.22 5.26 5.28
Распределение Максвелла
5.50 5.55 5.56 5.93 5.94
Явления переноса
5.139 5.145 5.146 5.141
Модуль 2 Лекция 7
3
Молекулярная физика – это раздел физики, в котором
изучаются физические свойства тел в различных
агрегатных состояниях на основе рассмотрения их
микроскопического (молекулярного) строения.
Если классическая механика рассматривает лишь
внешние взаимодействия макроскопических тел, их
движение в целом, то статистическая физика и
термодинамика изучают внутренние свойства
макроскопических систем и те происходящие в них
процессы, которые являются результатом атомных и
молекулярных явлений.
Модуль 2 Лекция 7
4
Объектом исследований статистической
физики и термодинамики являются
макроскопические системы, состоящие из
очень большого числа частиц.
Статистика исходит из законов механики и
теории вероятности, термодинамика – из
фундаментальных опытных фактов
превращения одних видов энергии в другие.
Модуль 2 Лекция 7
5
Внешние параметры
V, Sпов., Еэл.поля, Вмагн.поля
зависят от взаимного расположения
окружающих систему тел.
Внутренние параметры
Т, Р, ρ, n
Модуль 2 Лекция 7
6
Опытное обоснование молекулярнокинетической теории
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Высокая сжимаемость газов свидетельствует о
наличии больших расстояний между
молекулами.
Стремление газа занять весь объем говорит о
независимости движения молекул.
Диффузия – молекулы движутся в «пустотах».
Смешение жидкостей (вода+спирт) – объем
смешения не равен объему компонентов.
Рост давления газа связан с относительным
увеличением ударов молекул о стенки.
Броуновское движение – неуравновешенность
ударов молекул.
Модуль 2 Лекция 7
7
Абстракции молекулярной
физики
Идеальный газ – газ, частицы которого на расстоянии
не взаимодействуют, а при столкновениях ведут себя
как упругие шары, собственный объем частиц
значительно меньше объема, занимаемого газом.
1. Идеальный газ – собрание большого числа молекул,
которые рассматриваются как материальные точки.
2. Между столкновениями молекулы двигаются
равномерно и прямолинейно. Скорости их
равновероятны по направлениям.
3. Давление газа – результат взаимодействия молекул
газа со стенками сосуда.
4. Каждая молекула обладает энергией, которая
пропорциональна абсолютной температуре.
Модуль 2 Лекция 7
8
2
кв
2
2 m0 v
P  n Ek  n
3
3
2
2
кв
m0 v
2
3
 kT
2
P  nkT
PV
 const
T
Основное уравнение
МКТ для давления
(Уравнение Клаузиуса)
Основное уравнение МКТ
для температуры
PV  NkT
Уравнение
состояния ид.газа
Объединенный газовый
закон
Модуль 2 Лекция 7
9
Постоянная Больцмана K=1,38∙10-23 Дж/К
Моль – количество вещества, содержащего столько
же структурных элементов (молекул, атомов),
сколько атомов содержится в изотопе углерода
12С массой 0,012 кг.
Молярная масса М, кг/моль–масса 1 моля
Число молей   m (m – масса газа, кг)
M
Постоянная Авогадро NA=N0=6,023∙1023 1/моль –
число молекул в 1 моле
NA 
M
, где m0 – масса одной молекулы
m0
В 1 моле разных веществ содержится одинаковое
NA число молекул.
Модуль 2 Лекция 7
10
M=m0NA
m

M
Смесь газов – Мэф
.
m

М эф
M эф 
 1  2  ...   n
m
mn
m1 m2

 ... 
M1 M 2
Mn
Модуль 2 Лекция 7
11
P(V)=N0kT
R=N0k
R=8.31Дж/моль∙К
R – универсальная газовая постоянная
P(V)(m/M)=(m/M)RT
PV=(m/M)RT
Уравнение Менделеева-Клапейрона для
произвольной массы газа
Модуль 2 Лекция 7
12