СОДЕРЖАНИЕ | СЛЕДУЮЩИЙ РАЗДЕЛ

Раздел 2: Основы молекулярной физики

2.1 Основы МКТ и термодинамики

2.2 Практическое задание

2.1 Основы МКТ и термодинамики

Задачи:

1. «Находившаяся в стакане вода массой 200г полностью испарилась за 20 суток. Сколько молекул воды вылетело с ее поверхности за 1с?».

2. «В стакан с горячим чаем один раз опустили серебряную ложку, а в другой раз - алюминиевую такого же объема. В каком случае понижение температуры в стакане окажется более значительным?»


Чтобы правильно решить задачу и ответить на поставленный вопрос, нужно познакомиться с основами ''Молекулярной физики''. Она вместе с химией изучает строение вещества, которое определяет его свойства, поэтому становится возможным создавать новые материалы с заранее заданными физическими свойствами, нужными на практике при применении этих новых материалов.

В основе Молекулярной физики лежит молекулярно-кинетическая теория (МКТ), в основе которой - три основных положения:

1. «Все вещества в природе состоят из мельчайших частиц (молекул, атомов, электронов и других) разделенных промежутками'' или ''Всякое вещество дискретно».

2. «Частицы внутри вещества непрерывно и хаотично движутся, их движение связано с температурой и называется тепловым». (Тепловое движение- это непрерывное хаотическое движение частиц внутри вещества, связанное с температурой).

3. «Частицы внутри вещества взаимодействуют друг с другом, между ними действуют как силы притяжения, так и силы отталкивания, природа этих сил электромагнитная».

Истинность этих положений подтверждена опытными обоснованиями, среди них можно выделить расчет массы одной молекулы или атома вещества, их количества в некоторой массе вещества, огромность этого количества даже в малой массе указывает на чрезвычайно маленький размер частиц (атомов или молекул).

Вещество- вид материи, из которого состоят все тела в природе. Вещество состоит из мельчайших частиц. Этими частицами являются атомы и молекулы. Для того, чтобы рассчитать массу одной молекулы или атома, нужно знать, что такое молярная масса вещества и число Авогадро.

М - молярная масса вещества - это масса одного моля вещества, определяется по таблице Менделеева с учетом химической формулы вещества. Например, М Н2О= 2х1+1х16 = 18 г/моль в системе СИ: [М]=1кг/моль

М Н2О=18г/моль=18х0.0001кг/моль. NА – число Авогадро – это число частиц (молекул или атомов) в одном моле любого вещества NА=6,02х1023 1/моль. m0 – масса одной молекулы или одного атома вещества определяется по формуле:

Для того, чтобы определить число частиц N в некоторой массе вещества m, нужно знать число молей вещества в этой массе вещества и число Авогадро. – число молей в массе его m определяется по формуле:

Моль – это количество вещества, содержащего столько же молекул или атомов, сколько содержится их в 0,012кг углерода.

- число частиц в некоторой массе вещества. Если молекулы имеют шарообразную форму, то диаметр молекулы масла определил Рэлей следующим образом: известный объем масла помещался на поверхность воды. Масляная пленка на воде имела толщину, равную диаметру одной молекулы, тогда, измерив площадь масляной пленки и зная объем масла, толщину пленки, диаметр молекулы определялся по формуле:


p - плотность вещества. Характеризует зависимость массы вещества от рода вещества.

Изучив данный материал, попробуйте рассчитать число молекул воды вылетевших из нее за 1с при испарении 200г воды за 20 суток.

Количественной мерой теплового движения является внутренняя энергия U, или внутренняя энергия – это энергия движения и энергия взаимодействия частиц внутри вещества или это суммарная кинетическая и потенциальная энергия частиц внутри вещества.

Все тела в природе обладают внутренней энергией, но на практике можно использовать внутреннюю энергию газа или пара.

Изменить внутреннюю энергию тела можно совершением механической работы телом или над телом или путем теплообмена.

Теплообмен – передача части внутренней энергии от одного тела к другому без совершения механической работы. Теплообмен включает в себя нагревание и охлаждение. При нагревании тела к нему от другого тела переходит часть внутренней энергии, при охлаждении тела от него уходит к другому телу часть внутренней энергии.

Виды теплообмена:

- теплопроводность;

- конвекция;

- излучение.

Q – количество теплоты – это часть внутренней энергии, которая переходит от одного тела к другому при теплообмене.

Если два разных тела при различной температуре соприкасаются, то количество теплоты от более нагретого тела переходит к менее нагретому. На этом основании составляется уравнение теплового баланса, в левой части которого имеется количество теплоты, отдаваемое более нагретым телом при его охлаждении, в правой части – количество теплоты, получаемое менее нагретым телом при его нагревании, т.е.

0 – температура теплового равновесия – это температура, до которой охладилось нагретое до t01 тело, и температура, до которой нагрелось холодное тело, температура которого t02.

Теперь попробуйте ответить на вопрос, поставленный вначале: какая ложка, серебряная или алюминиевая, вызовет большее понижение температуры горячего чая, если

САС = 880 Дж/кг х к САС = 230 Дж / кг х к

1-ый закон термодинамики является законом сохранения энергии для тепловых процессов: «Количество теплоты, поступающее к системе (газу или пару) расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение системой механической работы».

Изотермический процесс в газе – это процесс в нем при постоянной температуре, т.е. при t = const. Если температура системы не изменяется, значит, не может изменяться ее внутренняя энергия, тогда согласно I-ому закону термодинамики, вся энергия, поступающая к газу, расходуется им на механическую работу, т.е.

Изобарный процесс – процесс в газе при постоянном давлении, т.е. Р = const. В этом случае I закон термодинамики сохраняется в том виде, в каком он формулируется, и формулой является

Изохорный процесс – процесс в газе при постоянном объеме, т.е. V= const, тогда в I-ом законе термодинамики механическая работа, совершаемая газом, равна нулю, т.е. А=0 , т.к. газ может совершать механическую работу по поднятию поршня в цилиндре только при его расширении, т .е. А=РV или А=Р (V2-V1), если V= const, то V=0, а значит А=0.При изохорном процессе вся энергия, поступающая к газу, расходуется на увеличение его внутренней энергии, т.е. идет на нагревание газа.

Помимо изопроцессов в газе может протекать адиабатный процесс – это процесс в газе, протекающий без теплообмена с окружающей средой. Но идеальной теплоизолирующей оболочки в природе нет, значит, не может быть адиабатного процесса. Но всякий процесс, протекающий в газе очень быстро, можно считать адиабатным, поскольку за короткое время газ не успевает обмениваться энергией с окружающей средой. Согласно I-му закону термодинамики, если Q =0, то механическая работа совершается системой за счет ее внутренней энергии, т.е. 0=?U+А, А= -?U. Знак « - » говорит о том, что внутренняя энергия уменьшается и идет на совершение механической работы.

Но всякий быстропротекающий процесс в газе можно считать адиабатным, потому что за короткое время газ не успевает обмениваться теплом с окружающей средой. 1 закон термодинамики лежит в основе принципа действия теплового двигателя- машины, где внутренняя энергия газа или пара превращается в механическую энергию.

К тепловому двигателю относятся: 1) паровая турбина, применяемая на электростанциях; 2) двигатель внутреннего сгорания и дизельный двигатель, применяемые на всех видах транспорта, кроме воздушного, где применяется реактивный двигатель.

2.2 Практическое задание


СОДЕРЖАНИЕ | СЛЕДУЮЩИЙ РАЗДЕЛ
Hosted by uCoz