Основные положения и основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов.
Основные положения и основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов.
Молекуляр физика основ-ся на том, что все тела состоят из огромного кол-ва атомов и молекул, к-е непрерывно движутся и их скорость зависит от темп-ры. Напр, в 1 см куб. воздуха содерж-ся 2,7*1019 молекул при нормал усл-ях. Они дв-ся с огром скоростями – 500-1000 м/с. Задача мкт состоит в том, чтобы установить связь между микроскопическими (масса, скорость, кинетическая энергия молекул) и макроскопическими параметрами (давление, объем, температура). В основе мкт лежат три осн положения:
1)Все вещества – жидкие, твердые и газообразные – образованы из мельчайших частиц – молекул, которые сами состоят из атомов. Молекулы и атомы представляют собой электрически нейтральные частицы. При определенных условиях молекулы и атомы могут приобретать дополнительный электрический заряд и превращаться в положительные или отрицательные ионы.
2)Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении.
3)Частицы взаимодействуют друг с другом силами, имеющими электрическую природу. Гравитационное взаимодействие между частицами пренебрежимо мало.
Осн. ур-е мкт для давления имеет вид p= 1/3nm0v2=2/3nW=nkT, где n=N/V – концентрация молекул, v – сред квадратич скорость дв-я молекулы, W = mv2/2 = 3/2kT – сред кинет энергия одной молекулы; k = 1,38*10-23 Дж/К – пост Больцмана.
Уравнение Клапейрона-Менделеева. Изотермический, изохорический, изобарический процессы.
Если не учитывать собств объем молекул, взаим-вие м/у молекулами, а удары считать абсолютно-упругими, то такой газ наз-ся идеальным. Ур-е сост идеального газа: PV= m/µ*RT = νRT – ур-е Менделеева-Клапейрона, где m – масса газа; ν= m/µ=N/NA – число молей; R = 8,31 Дж/моль*К – универсал газовая постоянная. Экспериментально были установлены след газовые з-ны:
1)З-н Бойля-Мариотта: Для данной массы газа при Т=const => PV=const. Процесс изотермич.
2)З-ны Гей-Люссака: а) Для данной массы газа при P=const, V линейно меняется с Т. V =V0(1+αt). б) Для данной массы газа при V=const, P линейно меняется с Т. P = P0(1+αt). P0, V0 при t=0°C. α= 1/273 K-1. З-ны можно представить в виде: V1/V2=T1/T2; P1/P2=T1/T2.
3)З-н Авогадро: 1 моль любого газа при номал усл-ях занимает один и тот же V0 = 22,4 л/моль и содержит одно и то же кол-во атомов и молекул NA=6,023*1023.
4)З-н Дальтона: Давл-е смеси газов равно сумме парциал давл-й, к-е оказывали бы газы при данном V и Т. Р=Р1+Р2+Р3+…
Уравнение переноса. Диффузия. Закон Фика.
Если в термодинамич сист нарушается равновесие, с этим связано ряд необратимых процессов, называемых явлениями переноса, в рез-те к-х происходит пространств перенос энергии, массы, импульса. Общ ур-е переноса: ∆(Nφ) = -1/3 vсрλср*[∆(n0φ) / ∆x]*∆S*∆t; ∆(n0φ)/∆x = - grad (n0φ). Если переносимой хар-кой явл-ся масса происходит диффузия (самопроизвол проникновение и перемешивание частиц двух соприкасающихся газов, жидкостей и даже твер тел). ∆(Nm) = -1/3 vсрλср*[∆ρ / ∆x]*∆S*∆t; ∆M = -D*[∆ρ / ∆x]*∆S*∆t –з-н Фика. ∆М – масса газа, переносимая через ед площади в ед времени. D= 1/3 vсрλср – коэф-т диффузии; ∆ρ / ∆x – градиент плотности. Диффузия сводится к обмену масс частиц двух соприкас тел, возникает и продолжается пока существует градиент плотности.
Уравнение переноса. Теплопроводность. Закон Фурье.
Если в термодинамич сист нарушается равновесие, с этим связано ряд необратимых процессов, называемых явлениями переноса, в рез-те к-х происходит пространств перенос энергии, массы, импульса. Общ ур-е переноса: ∆(Nφ) = -1/3 vсрλср*[∆(n0φ) / ∆x]*∆S*∆t; ∆(n0φ)/∆x = - grad (n0φ). Если переносимой хар-кой явл-ся энергия, возникает теплопроводность. Если в одной обл газа сред кинет энергия больше, чем в другой, то с течением времени вследствие постоянных столкновений молекул происходит процесс выравнивания сред кинет энергий молекул, то есть выравнивание температур. ∆(NW) = -1/3 vсрλср*[∆(n0W) / ∆x]*∆S*∆t, где W = i/2*kT – энергия молекулы, i – число степеней свободы. Т.к. ∆(NW)=∆Q, а ∆(n0W) = n0 i/2*k∆T. Тогда ∆Q = - 1/3 vсрλср n0 i/2*k(∆T/∆x)* ∆S*∆t. k=R/NA => ∆Q = - 1/3 vсрλср i/2*R[mn0/mNA]*(∆T/∆x)* ∆S*∆t; mn0 = ρ; mNA =µ; iR/2µ = Cv => ∆Q = - χ*(∆T/∆x)* ∆S*∆t – ур-е Фурье. χ – коэф-т теплопроводности.
Внутренняя энергия идеального газа. Теплоемкость.
Энергия, к-й обладают молекулы наз-ся внутренней и равна: <ε> = i/2kT. i=3 для одноатом молекулы, 5 – для двухатом, 6 – многоатом. Внутр энергия одного моля вещ-ва: Um=i/2kTNA= i/2RT. Внутр энергия для произвол массы газа U = m/µ*i/2*RT, где i- - сумма числа поступател, числа вращател и удвоенного числа колебат степеней свободы. Кол-во теплоты, нужное для нагревания вещ-ва на 1 К наз- ся теплоемкостью тела. CТ = dQ/dT [Дж/К]. Удел теплоемкость: с = dQ/mdT [Дж/кг*К]. Молярная тепл-ть: С = dQ/ (m/µ)dT [Дж/моль*К]
Основные положения и основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов.
Молекуляр физика основ-ся на том, что все тела состоят из огромного кол-ва атомов и молекул, к-е непрерывно движутся и их скорость зависит от темп-ры. Напр, в 1 см куб. воздуха содерж-ся 2,7*1019 молекул при нормал усл-ях. Они дв-ся с огром скоростями – 500-1000 м/с. Задача мкт состоит в том, чтобы установить связь между микроскопическими (масса, скорость, кинетическая энергия молекул) и макроскопическими параметрами (давление, объем, температура). В основе мкт лежат три осн положения:
1)Все вещества – жидкие, твердые и газообразные – образованы из мельчайших частиц – молекул, которые сами состоят из атомов. Молекулы и атомы представляют собой электрически нейтральные частицы. При определенных условиях молекулы и атомы могут приобретать дополнительный электрический заряд и превращаться в положительные или отрицательные ионы.
2)Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении.
3)Частицы взаимодействуют друг с другом силами, имеющими электрическую природу. Гравитационное взаимодействие между частицами пренебрежимо мало.
Осн. ур-е мкт для давления имеет вид p= 1/3nm0v2=2/3nW=nkT, где n=N/V – концентрация молекул, v – сред квадратич скорость дв-я молекулы, W = mv2/2 = 3/2kT – сред кинет энергия одной молекулы; k = 1,38*10-23 Дж/К – пост Больцмана.