Was untersucht die Wissenschaft der Molekularphysik? „Molekularphysik“ in Büchern. Masse und Größe von Molekülen. Avogadros Konstante

Was untersucht die Molekularphysik?

Die Molekularphysik untersucht makroskopische Vorgänge in Körpern aus der Sicht des atomar-molekularen Aufbaus der Materie. Sie betrachtet Wärme als die zufällige Bewegung von Mikropartikeln. Im Allgemeinen befasst sich dieser Teilbereich der Physik auch mit den Eigenschaften und der Struktur einzelner Moleküle und Atome. Die Molekularphysik wird oft als molekulare kinetische Theorie der Materie (MKT) bezeichnet.

Im 19. Jahrhundert, während der Geburtsstunde der MCT, als die Existenz von Molekülen und Atomen überhaupt in Frage gestellt wurde, wurde die strikte Trennung der Molekularphysik von der Thermodynamik gerechtfertigt. Es galt, verlässliche Fakten von falschen Hypothesen zu trennen. Doch als das 20. Jahrhundert unwiderlegbar Methoden zur Strukturuntersuchung der Materie bewies und fand, verlor die MCT ihren hypothetischen Charakter, den sie zu Beginn ihrer Entstehung hatte. Das hypothetische Element der Molekularphysik bleibt nur in Bezug auf vereinfachte Modelle bestehen, die sie immer noch zur Beschreibung und Erklärung bestimmter Phänomene verwendet.

Der Bedarf an solchen Modellen hat nicht an Relevanz verloren, da wir noch immer keine vollständigen Informationen über die molekulare Struktur von Körpern haben. Es muss jedoch gesagt werden, dass eine klare Trennung der MCT von der Thermodynamik mittlerweile irrelevant geworden ist. Derzeit verwenden sie bei der Darstellung bestimmter Prinzipien der Thermodynamik Schlussfolgerungen, die in der MCT gewonnen wurden und umgekehrt. Man sagt, dass MCT und Thermodynamik einander ergänzen.

Aufgrund der großen Anzahl von Partikeln und ihrer geringen Größe ist es sehr schwierig, Prozesse zu untersuchen, die in großen Systemen ablaufen. Es ist fast unmöglich, jedes Teilchen einzeln zu betrachten; es werden statistische Größen eingeführt: die durchschnittliche Geschwindigkeit der Teilchen, ihre Konzentration und die Teilchenmasse. Es besteht die Notwendigkeit, einen mathematischen Zusammenhang (Gleichungen) zwischen Mikroparametern, die sich auf einzelne Teilchen beziehen (die Masse eines Moleküls, seine Geschwindigkeit usw.), und Makroparametern, die das System als Ganzes beschreiben (Temperatur, Druck) herzustellen. Eine Formel Die Charakterisierung des Zustands des Systems unter Berücksichtigung mikroskopischer und makroskopischer Parameter wird als Grundgleichung der molekularkinetischen Theorie von Gasen bezeichnet.

Statistische Methode

Definition

Die Methode, die die Molekularphysik bei der Betrachtung von Objekten oder Phänomenen häufig verwendet, wird als statistisch bezeichnet. Die statistische Methode besteht in der Untersuchung der Eigenschaften makroskopischer Systeme auf der Grundlage der Analyse der Gesetze der thermischen Bewegung einer großen Anzahl von Teilchen, die diese Systeme bilden, mit Methoden der mathematischen Statistik.

Das einfachste, aber aussagekräftigste Modell, das wir in der MCT häufig verwenden, wird das ideale Gasmodell sein. In einem solchen Gas bewegen sich die Moleküle frei (isoliert von anderen Molekülen) und kollidieren nur gelegentlich miteinander oder mit den Wänden des Behälters.

Beispiel 1

Aufgabe: Zum Anfangszeitpunkt t=0 nimmt ein Gas der Temperatur T einen Halbraum $x ein

Schreiben wir die kinetische Gleichung unter Berücksichtigung der Tatsache, dass es keine Kollisionen von Molekülen gibt:

$\frac(\partial f)(\partial t)+\overrightarrow(v)\frac(\partial f)(\partial \overrightarrow(r))=0$ (1.1)

Die allgemeine Lösung für Gleichung (1.1) lautet $:\ f=f\left(\overrightarrow(r)-\overrightarrow(v)t,\ \overrightarrow(v)\right).\ $ Wir verwenden die Anfangsbedingung, schreiben : $f= f_0\left(v\right)\ für\ v_x>\frac(x)(t),\ f=0\ für\ v_x

wobei $f_0\left(v\right)$ die Maxwell-Geschwindigkeitsverteilung von Molekülen ist ($dN_(v_xv_yv_z)=Nf\left(v\right)dv_x(dv)_y(dv)_z$).

Gasdichte:

\,\]

wobei $S\left(\varepsilon \right)=\frac(2)(\sqrt(\pi ))\int\nolimits^(\varepsilon )_0(e^(-y^2)dy)$, $N_0 \ $ - Anfangsdichte.

Es ist zu beachten, dass die resultierenden Formeln nur im Bereich $\left|x\right|\ll l.$ korrekt sind, wenn wir Kollisionen von Molekülen vernachlässigen

Antwort: Die Moleküldichteverteilung wird, wenn die Moleküle nicht miteinander kollidieren, durch die Formel bestimmt: $N\left(t,x\right)=\int\nolimits^(\infty )(\int\nolimits_( -\infty )(\int \nolimits^(\infty )_(\frac(x)(t))(f_0\left(v\right)m^3dv_xdv_ydv_z)=\frac(N_0)(2)))\ links,$

wobei $S\left(\varepsilon \right)=\frac(2)(\sqrt(\pi ))\int\nolimits^(\varepsilon )_0(e^(-y^2)dy)$.

Beispiel 2

Aufgabe: In Abb. Abbildung 1 zeigt den Prozess in einem idealen Gas mit konstantem Volumen und variabler Masse. Wie verändert sich dabei die Masse des Gases?

Der in Abb. 2 kann analytisch dargestellt werden als:

Dabei sind $b$, $a$ Konstanten, $p$ der Druck und $T$ die thermodynamische Temperatur.

Der Prozess im Problem findet bei einem konstanten Volumen statt, wir können ihn jedoch nicht isochor nennen, da die Masse variabel ist. Als Lösungsgrundlage verwenden wir die Zustandsgleichung eines idealen Gases (in Form der Mendeleev-Clayperon-Gleichung):

Dabei ist V das Volumen des Gases, $m$ die Masse des Gases, $\mu $ die Molmasse des Gases und $R$ die universelle Gaskonstante.

Drücken wir die Gasmasse aus (2.2) aus, so erhalten wir:

Berücksichtigen wir, dass $V=const$, $\mu =const$ in einem bestimmten Prozess, dann schreiben wir:

Ersetzen wir den Druck durch Gleichung (2.1), die den Prozess definiert, und erhalten wir Proportionalität:

Basierend auf der Proportionalität (2.5) sehen wir, dass während des in Abb. 1 gezeigten Prozesses die Gasmasse abnimmt, wenn die Gastemperatur steigt.

Antwort: Bei einem bestimmten Prozess nimmt die Masse des Gases ab.

Die Molekularphysik ist ein Teilgebiet der Physik, das die Struktur und Eigenschaften von Materie auf der Grundlage sogenannter molekularkinetischer Konzepte untersucht. Nach diesen Vorstellungen besteht jeder Körper (fest, flüssig, gasförmig) aus einer großen Anzahl sehr kleiner isolierter Teilchen – Molekülen (Atome können als einatomige Moleküle betrachtet werden).

Diese Idee entstand in der Antike und wurde vom griechischen Philosophen Demokrit (5. Jahrhundert v. Chr.) deutlich zum Ausdruck gebracht. Später gerieten diese atomistischen Ansichten jedoch in Vergessenheit und wurden erst in der zweiten Hälfte des 17. Jahrhunderts wiederbelebt. Boylem und dann im 18.-19. Jahrhundert. wurde von Lomonossow, Dalton, Kroenig, Boltzmann, Maxwell und anderen als wissenschaftliche Theorie bezeichnet Molekularkinetische Theorie.

Der Begründer dieser Theorie ist Lomonossow, der als Erster feststellte, dass jeder Körper aus winzigen Teilchen besteht – Körperchen, die wie eine Kugel mit rauer Oberfläche geformt sind. Bei der Bewegung kollidieren diese Partikel miteinander und nehmen aufgrund der Rauheit eine Rotationsbewegung an. Diese. Lomonosov vertrat die Idee, dass sich Moleküle nicht nur translatorisch, sondern auch rotatorisch bewegen. Damit widerlegte er die Theorie der Kalorien, nach der Wärme als eine besondere Flüssigkeit betrachtet wurde, die von Körpern je nach thermischem Zustand unterschiedlich stark aufgenommen wird. Lomonossow führte auch erstmals das Konzept des absoluten Nullpunkts ein. Er stellte fest, dass es den höchsten Kältegrad geben muss, bei dem es zu keiner Bewegung der Partikel, auch nicht zu Rotationsbewegungen, kommt. Ein direkter Beweis für die chaotische Natur der thermischen Bewegung ist die Brownsche Bewegung.

Besonders hervorzuheben sind die Werke des russischen Wissenschaftlers und Denkers M.V. Lomonossow (1711-1765), der versuchte, ein einheitliches Bild aller zu seiner Zeit bekannten physikalischen und chemischen Phänomene zu zeichnen. Gleichzeitig ging er von einem korpuskulären (in der modernen Terminologie molekularen) Konzept der Struktur der Materie aus. Lomonosov lehnte sich gegen die zu seiner Zeit vorherrschende Theorie der Kalorien (eine hypothetische Wärmeflüssigkeit, deren Gehalt in einem Körper den Grad seiner Erwärmung bestimmt) auf und sieht die „Ursache der Wärme“ in der Rotationsbewegung von Körperpartikeln. Somit formulierte Lomonosov im Wesentlichen molekularkinetische Konzepte. Auch M.V. Lomonosov war der erste, der die Natur der Wärme anhand der zufälligen Bewegung von Molekülen erklärte. Nach seinen Vorstellungen gibt es für die Temperatur eines Stoffes keine Obergrenze, denn Die Geschwindigkeiten der thermischen Bewegung von Molekülen können beliebig hoch sein. Wenn die Geschwindigkeit der Moleküle auf Null sinkt, muss die minimal mögliche Temperatur des Stoffes erreicht werden. Die von Lomonosov gezogene Erklärung der Natur der Wärme durch die Bewegung von Molekülen und die Schlussfolgerung über die Existenz eines absoluten Nullpunkts erhielten Ende des 19. Jahrhunderts theoretische und experimentelle Bestätigung.

Lomonosov drückte seine Vorstellungen über die molekulare Struktur von Körpern in der folgenden Form aus. Er schrieb: „Es ist auch unmöglich, die Bewegung von Körpern zu leugnen, wenn das Auge sie nicht sieht; Wer wird leugnen, dass sich Blätter und Äste von Bäumen bei starkem Wind bewegen, obwohl er aus der Ferne keine Bewegung bemerken wird? Sowohl hier ist die Bewegung aufgrund der Entfernung als auch bei heißen Körpern aufgrund der Kleinheit der Materieteilchen nicht sichtbar.“ Diese. Der Grund dafür, dass Körper für uns fest erscheinen, liegt darin, dass Atome und Moleküle extrem klein sind.

Wie bereits erwähnt, dank der Arbeiten vieler Wissenschaftler, die von Lomonosov, Atomismus in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts begonnen wurden. - frühes 20. Jahrhundert in eine wissenschaftliche Theorie verwandelt.

Zur Charakterisierung werden die Massen von Atomen und Molekülen Größen genannt relative Atommasse eines Elements(abgekürzt als Atommasse) Und relatives Molekulargewicht der Substanz(abgekürzt als Molekulargewicht).

DEFINITION: Die Atommasse (A r) eines chemischen Elements ist das Verhältnis der Masse eines Atoms dieses Elements zu 1/12 der Masse eines C 12-Atoms.

DEFINITION: Die Molekülmasse (Mr) eines Stoffes ist das Verhältnis der Masse eines Moleküls dieses Stoffes zu 1/12 der Masse eines C 12-Atoms.

DEFINITION: Eine Masseneinheit, die 1/12 der Masse eines C 12 -Atoms entspricht, wird als atomare Masseneinheit (amu) bezeichnet.

Dann ist die Masse des Atoms, ausgedrückt in kg, gleich A r ×m Einheiten. , und die Masse des Moleküls beträgt M r ×m Einheiten. , wobei m Einheiten – atomare Masseneinheit, ausgedrückt in kg.

DEFINITION: Man nennt die Menge eines Stoffes, die eine Anzahl von Teilchen (Atome oder Moleküle) enthält, die der Anzahl der Atome in 0,012 kg des Kohlenstoffisotops C 12 entspricht beten.

DEFINITION: Man nennt die Anzahl der Teilchen, die in einem Mol (oder Kilomol) eines Stoffes enthalten sind Avogadros Nummer.

N A =6,023×10 23 mol -1 =6,023×10 26 kmol -1.

1 Mol Kupfer (Cu) enthält also NA-Cu-Atome; 1 Mol Stickstoff enthält NA-Stickstoffatome usw.

Man nennt die Masse eines Mols Backenzahn Masse M.

Molmasse . (*)

Für Kohlenstoff C 12: - M = 12 kg/kmol, die Atommasse beträgt 12·m Einheiten. . Aus (*) folgt dann:

12kg/kmol=N A (kmol -1)×12×m Einheiten. (kg).

.

Wenn wir Avogadros Nummer kennen, erhalten wir: .

Somit beträgt die Masse jedes Atoms 1,66×10 -27 ×A r, (kg) und die Masse jedes Moleküls: 1,66×10 -27 ×M r, (kg).

Da das Produkt N A ×m Einheiten ist. numerisch früh „1“ ist, dann ist die Kilomolmasse M numerisch gleich der relativen Molekülmasse M r . (In diesem Fall ist M r eine dimensionslose Größe, [M] = [kg/kmol]).

DEFINITION: Die Menge einer Substanz, deren Masse, ausgedrückt in kg, numerisch ihrem Molekulargewicht entspricht, wird kmol genannt.

Schätzen wir nun die Größe der Moleküle ab.

Unter der Annahme, dass sich die Moleküle in Flüssigkeiten ziemlich nahe beieinander befinden, erhalten wir eine ungefähre Schätzung des Volumens eines Moleküls, indem wir das Volumen eines Kilomols einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, durch die Anzahl der Moleküle in einem Kilomol N A dividieren. Ein Kilomol (also 18 kg) Wasser nimmt ein Volumen von 0,018 m 3 ein. Folglich macht der Anteil eines Moleküls ein Volumen aus . Daher sind die linearen Größen der Wassermoleküle ungefähr gleich.

Moleküle anderer Substanzen haben Molekülgrößen in der gleichen Größenordnung.

2. Die Moleküle, aus denen der Körper besteht, befinden sich in einem Zustand ständiger zufälliger (chaotischer) Bewegung.

In diesem Fall ändern Moleküle, die miteinander kollidieren, ihre Geschwindigkeit sowohl in Größe als auch in Richtung. Zu einer Kollision im üblichen Sinne des Wortes kommt es zwar nicht, weil Der Kontakt der Moleküle wird durch die Abstoßungskräfte verhindert, die bei Annäherung stark ansteigen. Die Wirkung dieser Kräfte führt jedoch zum gleichen Ergebnis wie ein normaler Zusammenstoß, d. h. zum Abprallen sich nähernder Moleküle voneinander.

Die Geschwindigkeit der Bewegung von Molekülen in einem Körper hängt von seiner Temperatur ab; je größer die Geschwindigkeit, desto höher die Temperatur des Körpers.

Die kontinuierliche chaotische Bewegung der Moleküle wird in den Phänomenen deutlich Diffusion Und Brownsche Bewegung.

3. Zwischen den Molekülen eines Stoffes wirken gleichzeitig Kräfte der gegenseitigen Anziehung (Kohäsion) und Kräfte der gegenseitigen Abstoßung (also Wechselwirkungskräfte).

Experimentellen und theoretischen Studien zufolge sind intermolekulare Wechselwirkungskräfte „ F” sind umgekehrt proportional zur n-ten Potenz des Abstands r zwischen ihnen, d. h. .

Für Anziehungskräfte – n=7;

Für abstoßende Kräfte – n=9…15.

Nur mit einer solchen Beziehung zwischen F Adv. und f ottalk. Moleküle können in einiger Entfernung voneinander in einem stabilen Gleichgewicht sein.

Die ungefähre Art der potentiellen Wechselwirkungsenergie von Molekülen in Abhängigkeit vom Abstand zwischen ihnen ist in der Abbildung dargestellt. Der Gleichgewichtsabstand r 0 zwischen Molekülen beträgt etwa 3×10 -8 cm (bei diesem Abstand F = 0). Bei einem Abstand r ≥ 1,5×10 ‑7 cm hören die intermolekularen Kräfte praktisch auf zu wirken (F®0), d. h. Die Kräfte der intermolekularen Wechselwirkung treten in Abständen auf, die in der Größenordnung der Größe der Moleküle selbst liegen.

(Die Kräfte der intermolekularen Wechselwirkung über große Entfernungen sind elektrischer Natur, da Moleküle aus elektrisch geladenen Teilchen bestehen und die Moleküle aufgrund der Asymmetrie der Ladungsanordnung entweder anfänglich polar sind oder eine Zeit von Null haben (gemitteltes Dipolmoment, haben ein momentanes Dipolmoment ungleich Null, in der Kraft der kontinuierlichen Bewegung ihrer konstituierenden geladenen Teilchen).

--------- « » ---------

Um die Struktur eines Stoffes und die darin ablaufenden Prozesse zu untersuchen, werden zwei (2) Methoden (Ansätze) verwendet:

Die molekularkinetische Theorie zielt darauf ab, die direkt experimentell beobachteten Eigenschaften von Körpern, beispielsweise Druck, Temperatur und andere Parameter, als Gesamtergebnis der Wirkung von Molekülen zu interpretieren. Dafür nutzt sie statistische Methode, d.h. berechnet Durchschnittswerte, die die Bewegung einer riesigen Partikelpopulation charakterisieren.

Eine andere Methode zur Untersuchung der verschiedenen Eigenschaften von Materie ist thermodynamische Methode, die sich im Gegensatz zur Statistik nicht für das mikroskopische Bild interessiert. Die thermodynamische Methode basiert auf mehreren Grundgesetzen, die auf der Grundlage einer Vielzahl experimenteller Fakten aufgestellt wurden, beispielsweise den Gesetzen der Energieerhaltung und des Energieübergangs. Im Gegensatz zur molekularkinetischen Theorie untersucht die Thermodynamik die makroskopischen Eigenschaften von Körpern und Naturphänomenen, ohne sich für deren mikroskopisches Bild zu interessieren.

Die Thermodynamik basiert auf mehreren Grundgesetzen (den sogenannten Prinzipien der Thermodynamik), die auf der Grundlage einer Verallgemeinerung einer großen Menge experimenteller Daten ermittelt wurden. Aus diesem Grund sind die Schlussfolgerungen der Thermodynamik sehr allgemein.

1 Start– das Gesetz der Energieerhaltung und -umwandlung in thermischen Prozessen.

2 Start– gibt die Richtung thermischer Prozesse an.

3 Anfang– ist, dass der absolute Nullpunkt unerreichbar ist.

Die thermodynamische Methode ermöglicht es, ohne Annahmen über die molekulare Struktur der Materie die Grundgesetze für thermische Prozesse zu ermitteln und Zusammenhänge zwischen ihnen herzustellen.

Statistische und thermodynamische Methoden ergänzen einander und bilden ein Ganzes.

Zur Beschreibung des Verhaltens thermodynamischer Systeme (Gase, Flüssigkeiten etc.) werden folgende Größen verwendet: Druck P, Lautstärke V und absolute Temperatur T die aufgerufen werden thermodynamische Parameter. Die ersten beiden Parameter sind recht gut bekannt, schauen wir uns also die Temperatur genauer an.

Wichtigste Bestimmungen der IKT:

Molekularkinetisch Theorie ist die Untersuchung der Struktur und Eigenschaften von Materie, basierend auf der Idee der Existenz von Atomen und Molekülen als kleinste Teilchen chemischer Substanzen.

Die molekularkinetische Theorie basiert auf drei Hauptprinzipien:

Alle Stoffe – ob flüssig, fest oder gasförmig – bestehen aus winzigen Teilchen – Molekülen, die ihrerseits aus Atomen bestehen („Elementarmoleküle“). Die Moleküle einer chemischen Substanz können einfach oder komplex sein, d. h. bestehen aus einem oder mehreren Atomen. Moleküle und Atome sind elektrisch neutrale Teilchen. Unter bestimmten Bedingungen können Moleküle und Atome zusätzliche elektrische Ladung erhalten und zu positiven oder negativen Ionen werden.

Atome und Moleküle sind in ständiger chaotischer Bewegung.

Teilchen interagieren miteinander durch Kräfte, die elektrischer Natur sind. Die gravitative Wechselwirkung zwischen Teilchen ist vernachlässigbar.

Diffusion:

Diffusion- der Prozess des gegenseitigen Eindringens von Molekülen einer Substanz zwischen die Moleküle einer anderen, was zu einem spontanen Ausgleich ihrer Konzentrationen im gesamten besetzten Volumen führt. In manchen Situationen hat einer der Stoffe bereits eine ausgeglichene Konzentration und man spricht von der Diffusion eines Stoffes in einen anderen. In diesem Fall erfolgt die Stoffübertragung von einem Bereich hoher Konzentration in einen Bereich niedriger Konzentration.

Brownsche Bewegung:

Brownsche Bewegung- zufällige Bewegung mikroskopisch kleiner sichtbarer Partikel einer festen Substanz, die in einer Flüssigkeit oder einem Gas suspendiert ist, verursacht durch die thermische Bewegung der Partikel der Flüssigkeit oder des Gases. Die Brownsche Bewegung hört nie auf. Die Brownsche Bewegung hängt mit der thermischen Bewegung zusammen, diese Konzepte sollten jedoch nicht verwechselt werden. Die Brownsche Bewegung ist eine Konsequenz und ein Beweis für die Existenz thermischer Bewegung.

Avogadros Konstante:

PAvogadros Konstante- eine physikalische Größe, die numerisch der Anzahl bestimmter Struktureinheiten (Atome, Moleküle, Ionen, Elektronen oder andere Teilchen) in einer molekularen Substanz entspricht. Definiert als die Anzahl der Atome in 12 Gramm (genau) reinem Kohlenstoff-12-Isotop. Wird normalerweise als bezeichnet N A, seltener als L.

N A = 6,022 141 29(27) 10 23 mol −1.

Menge der Substanz:

Stoffmenge- eine physikalische Größe, die die Anzahl ähnlicher Struktureinheiten charakterisiert, die in einem Stoff enthalten sind. Struktureinheiten sind alle Teilchen, aus denen ein Stoff besteht (Atome, Moleküle, Ionen, Elektronen oder andere Teilchen). Die Maßeinheit für die Menge eines Stoffes ist SI-Mol.

Interaktion von Molekülen. Die Natur intermolekularer Wechselwirkungskräfte. Diagramm ihrer Abhängigkeit von der Entfernung.

Interaktion von Molekülen:

Gase: Der Abstand zwischen Atomen oder Molekülen ist im Durchschnitt um ein Vielfaches größer als die Größe der Moleküle selbst. Gase lassen sich leicht komprimieren. Moleküle bewegen sich mit enormer Geschwindigkeit durch den Weltraum. Gase behalten weder Volumen noch Form. Durch mehrfaches Auftreffen von Gasmolekülen auf die Gefäßwände entsteht Gasdruck (die Moleküle stehen frei). Flüssigkeiten: Die Moleküle einer Flüssigkeit liegen nahezu nahe beieinander. Flüssigkeiten sind flüssig, behalten nicht ihre Form, behalten aber ihr Volumen (die Moleküle liegen nicht sehr nahe beieinander). Feststoffe: Behält sowohl Volumen als auch Form. Wenn man die Zentren der Gleichgewichtslagen von Atomen oder Ionen eines Festkörpers verbindet, erhält man ein regelmäßiges räumliches Gitter, das Kristallgitter genannt wird (die Moleküle liegen sehr nahe beieinander).

Die Natur intermolekularer Wechselwirkungskräfte:

Intermolekulare Interaktion ist elektrostatischer Natur. Die Annahme seiner Existenz wurde erstmals 1873 von J. D. van der Waals verwendet, um die Eigenschaften realer Gase und Flüssigkeiten zu erklären. Im weitesten Sinne können darunter solche Wechselwirkungen zwischen beliebigen Teilchen (Molekülen, Atomen, Ionen) verstanden werden, bei denen es nicht zur Bildung chemischer, also ionischer, kovalenter oder metallischer Bindungen kommt. Mit anderen Worten: Diese Wechselwirkungen sind deutlich schwächer als kovalente und führen nicht zu einer nennenswerten Umstrukturierung der elektronischen Struktur der interagierenden Teilchen.

Bei großen Entfernungen überwiegen Anziehungskräfte, die Orientierungs-, Polarisations- (Induktions-) und Dispersionskräfte haben können (weitere Einzelheiten finden Sie in den Artikeln Van-der-Waals-Wechselwirkung und Dispersionskräfte). Bei der Mittelung über die Rotation von Teilchen, die infolge der thermischen Bewegung auftritt, ist das Potenzial intermolekularer Kräfte umgekehrt proportional zur sechsten Potenz des Abstands und Ionen-Dipol (sowohl mit konstantem als auch induziertem Dipol) – zur vierten Potenz. Bei kurzen Distanzen beginnen die Abstoßungskräfte zwischen den Elektronenhüllen der Teilchen zu überwiegen. Ein Sonderfall ist die Wasserstoffbindung – eine Wechselwirkung, die in kurzer Entfernung zwischen dem Wasserstoffatom eines Moleküls und dem elektronegativen Atom eines anderen Moleküls auftritt, wenn diese Atome eine ausreichend große effektive Ladung tragen.

Diagramm ihrer Abhängigkeit von der Entfernung:

Ideales Gas. Grundlegende MCT-Gleichung für ein ideales Gas.

Ideales Gas:

Ideales Gas- ein mathematisches Modell eines Gases, bei dem angenommen wird, dass: 1) die potentielle Energie der Wechselwirkung von Molekülen im Vergleich zu ihrer kinetischen Energie vernachlässigt werden kann; 2) Das Gesamtvolumen der Gasmoleküle ist vernachlässigbar. Es gibt keine Anziehungs- oder Abstoßungskräfte zwischen Molekülen, Kollisionen von Partikeln untereinander und mit den Gefäßwänden sind absolut elastisch und die Wechselwirkungszeit zwischen Molekülen ist im Vergleich zur durchschnittlichen Zeit zwischen Kollisionen vernachlässigbar. Im erweiterten Modell eines idealen Gases haben die Teilchen, aus denen es besteht, auch die Form elastischer Kugelellipsoide, was es ermöglicht, nicht nur die Energie der translatorischen, sondern auch der rotatorisch-oszillatorischen Bewegung zu berücksichtigen und nicht nur zentrale, aber auch nichtzentrale Kollisionen von Teilchen usw.

Die Grundgleichung der MKT eines idealen Gases:

Molekularkinetische Theorie(abgekürzt MKT) ist eine Theorie, die im 19. Jahrhundert entstand und die Struktur von Materie, hauptsächlich Gasen, aus der Sicht von drei wesentlichen annähernd korrekten Bestimmungen betrachtet:

alle Körper bestehen aus Teilchen: Atomen, Molekülen;

Teilchen befinden sich in kontinuierlicher chaotischer Bewegung (thermisch);

Teilchen interagieren durch absolut elastische Stöße miteinander.

MCT hat sich zu einer der erfolgreichsten physikalischen Theorien entwickelt und wurde durch eine Reihe experimenteller Fakten bestätigt. Die wichtigsten Beweise für die Bestimmungen des IKT waren:

Diffusion

Brownsche Bewegung

Änderungen der Aggregatzustände der Materie

Wo k ist die Boltzmann-Konstante (das Verhältnis der universellen Gaskonstante R zur Avogadro-Zahl NA), i ist die Anzahl der Freiheitsgrade von Molekülen (in den meisten Problemen über ideale Gase, bei denen angenommen wird, dass Moleküle Kugeln mit kleinem Radius sind, die physikalisches Analogon davon können Inertgase sein) und T- Absolute Temperatur.

Die grundlegende MCT-Gleichung verbindet makroskopische Parameter (Druck, Volumen, Temperatur) eines Gassystems mit mikroskopischen (Masse der Moleküle, durchschnittliche Geschwindigkeit ihrer Bewegung).

Molekularkinetische Bedeutung der Temperatur. Energie und Geschwindigkeit der thermischen Bewegung von Molekülen.

Molekularkinetische Bedeutung der Temperatur:

Befinden sich zwei Körper im thermischen Gleichgewicht, so sind die Temperaturen dieser Körper gleich. Das bedeutet, dass der resultierende Energiefluss von einem Körper zum anderen Null ist. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn die Durchschnittswerte der kinetischen Bewegungsenergie der Moleküle der sich berührenden Körper gleich sind.

Energie und Geschwindigkeit der thermischen Bewegung von Molekülen:

Energie:

Alle Moleküle einer Substanz befinden sich in ständiger chaotischer Bewegung (Bewegen, Schwingen um eine Gleichgewichtslage usw.). Während sich Moleküle bewegen, besitzen sie kinetische Energien. Die Summe der kinetischen Energien sich bewegender Moleküle ist Teil der inneren Energie des Körpers (die potentielle Energie der Wechselwirkung von Molekülen betrachten wir vorerst nicht). Daher wird diese „innere Energie“ die Energie der thermischen Bewegung genannt. Dies bestimmt die Körpertemperatur. (Das heißt, TEMPERATUR ist ein Maß für die durchschnittliche kinetische Energie der Moleküle eines Körpers.)

Thermal:

Die Bewegung von Molekülen in verschiedenen Körpern erfolgt unterschiedlich. Gasmoleküle bewegen sich zufällig mit hoher Geschwindigkeit (Hunderte von m/s) durch das gesamte Gasvolumen. Wenn sie kollidieren, prallen sie voneinander ab und ändern dabei Größe und Richtung der Geschwindigkeiten. Flüssigkeitsmoleküle oszillieren um Gleichgewichtspositionen (da sie fast nahe beieinander liegen) und springen relativ selten von einer Gleichgewichtsposition in eine andere. Die Bewegung von Molekülen in Flüssigkeiten ist weniger frei als in Gasen, aber freier als in Festkörpern. In Festkörpern schwingen die Teilchen um eine Gleichgewichtslage. Mit steigender Temperatur nimmt die Geschwindigkeit der Teilchen zu, daher wird die chaotische Bewegung der Teilchen üblicherweise als thermisch bezeichnet.

Verdunstung und Kondensation. Gesättigte und ungesättigte Paare.

Verdunstung und Kondensation:

Verdampfung- der Prozess der Umwandlung von Flüssigkeit in Dampf.

Kondensation- der Prozess der Umwandlung von Dampf in Flüssigkeit.

VERDUNSTUNG- der Prozess der Verdampfung einer Flüssigkeit oder eines Feststoffs von der Oberfläche.

Es besteht in der Emission von Teilchen (Molekülen, Atomen), die die potentielle Energie ihrer Verbindung mit anderen Materieteilchen überschreiten. Die Verdunstungsrate hängt ab von:

1. Oberfläche der Flüssigkeit,

2. Temperatur (steigt), obwohl sie bei jeder Temperatur auftritt und keine ständige Wärmezufuhr erfordert. Die Temperatur der Flüssigkeit sinkt.

3. Bewegung von Molekülen über der Oberfläche einer Flüssigkeit oder eines Gases,

4. Art der Substanz.

Gesättigte und ungesättigte Paare:

Gesättigt:

Gesättigter Dampf- Dampf, der im thermodynamischen Gleichgewicht mit einer Flüssigkeit oder einem Feststoff gleicher Zusammensetzung steht. Der Sättigungsdampfdruck hängt von der Temperatur und der Art der Flüssigkeit ab und ist nicht vom Volumen abhängig.

Ungesättigt:

Ungesättigter Dampf ist Dampf, der mit seiner Flüssigkeit kein dynamisches Gleichgewicht erreicht hat. Bei einer bestimmten Temperatur ist der Druck von ungesättigtem Dampf immer geringer als der Druck von gesättigtem Dampf. Befindet sich über der Flüssigkeitsoberfläche ungesättigter Dampf, überwiegt der Prozess der Verdampfung den Prozess der Kondensation und daher wird die Flüssigkeit im Gefäß mit der Zeit immer weniger. Der Druck ungesättigter Dämpfe hängt von der Temperatur, dem Volumen und der Art der Flüssigkeit ab.

Sieden. Abhängigkeit der Siedetemperatur vom Druck.

Sieden :

Sieden- der Prozess der Verdampfung in einer Flüssigkeit (Übergang eines Stoffes vom flüssigen in den gasförmigen Zustand) mit dem Auftreten von Phasentrennungsgrenzen. Der Siedepunkt bei Atmosphärendruck wird üblicherweise als eine der wichtigsten physikalisch-chemischen Eigenschaften einer chemisch reinen Substanz angegeben.

Das Sieden unterscheidet sich vom Verdampfen dadurch, dass es bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck stattfinden kann. Das Kochen gehört ebenso wie das Verdampfen zu den Methoden der Verdampfung.

Beim Sieden handelt es sich um einen Phasenübergang erster Ordnung. Das Sieden erfolgt aufgrund der Bildung von Verdampfungszentren, die sowohl durch die erreichte Siedetemperatur als auch durch das Vorhandensein von Verunreinigungen bestimmt werden, viel intensiver als die Verdunstung von der Oberfläche.

Abhängigkeit der Siedetemperatur vom Druck:

Siedetemperatur,Siedepunkt- die Temperatur, bei der eine Flüssigkeit unter konstantem Druck siedet. Der Siedepunkt entspricht der Temperatur des gesättigten Dampfes über der ebenen Oberfläche einer siedenden Flüssigkeit, da die Flüssigkeit selbst gegenüber dem Siedepunkt immer leicht überhitzt ist.

EntsprechendClapeyron-Clausius-Gleichung Mit zunehmendem Druck steigt der Siedepunkt, mit sinkendem Druck sinkt der Siedepunkt entsprechend. Der Grenzsiedepunkt ist die kritische Temperatur eines Stoffes. Der Siedepunkt des Wassers auf der Erde ändert sich also je nach Höhe

Luftfeuchtigkeit. Taupunkt.

Luftfeuchtigkeit:

Luftfeuchtigkeit- Dies ist eine Größe, die den Wasserdampfgehalt in der Erdatmosphäre charakterisiert – eine der bedeutendsten Eigenschaften von Wetter und Klima.

Die Luftfeuchtigkeit in der Erdatmosphäre variiert stark. So liegt der Wasserdampfgehalt der Luft nahe der Erdoberfläche im Durchschnitt zwischen 0,2 Vol.-% in hohen Breiten und 2,5 Vol.-% in den Tropen. Der Dampfdruck in polaren Breiten beträgt im Winter weniger als 1 mbar (manchmal nur Hundertstel mbar) und im Sommer weniger als 5 mbar; in den Tropen steigt sie auf 30 mbar, manchmal auch mehr. In subtropischen Wüsten sinkt der Dampfdruck auf 5-10 mbar.

Absolute Luftfeuchtigkeit(f) ist die Menge an Wasserdampf, die tatsächlich in 1 m³ Luft enthalten ist. Sie ist definiert als das Verhältnis der Masse des in der Luft enthaltenen Wasserdampfs zum Volumen der feuchten Luft.

Die gebräuchliche Einheit der absoluten Luftfeuchtigkeit ist Gramm pro Kubikmeter, g/m³

Relative LuftfeuchtigkeitLuft(φ) ist das Verhältnis seiner aktuellen absoluten Luftfeuchtigkeit zur maximalen absoluten Luftfeuchtigkeit bei einer bestimmten Temperatur. Er ist auch definiert als das Verhältnis des Partialdrucks von Wasserdampf in einem Gas zum Gleichgewichtsdruck von gesättigtem Dampf.

Taupunkt:

TemperaturTaupunktGas (Taupunkt) ist der Wert der Gastemperatur, unterhalb dessen der in einem isobar abgekühlten Gas enthaltene Wasserdampf über einer flachen Wasseroberfläche gesättigt wird.

Lineare Wärmeausdehnung von Festkörpern. Linearer Ausdehnungskoeffizient. Volumetrische Wärmeausdehnung von Festkörpern. Beziehung zwischen α und γ.

Lineare Wärmeausdehnung von Festkörpern:

Wärmeausdehnung- Änderung der linearen Abmessungen und Form eines Körpers, wenn sich seine Temperatur ändert. Quantitativ wird die Wärmeausdehnung von Flüssigkeiten und Gasen bei konstantem Druck durch einen isobaren Ausdehnungskoeffizienten (Volumenausdehnungskoeffizient) charakterisiert. Zur Charakterisierung der Wärmeausdehnung von Festkörpern wird zusätzlich der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient eingeführt.

Der Zweig der Physik, der diese Eigenschaft untersucht, heißt Dilatometrie.

Bei der Konstruktion aller Anlagen, Instrumente und Maschinen, die unter wechselnden Temperaturbedingungen betrieben werden, wird die Wärmeausdehnung von Körpern berücksichtigt.

Das Grundgesetz der Wärmeausdehnung besagt, dass sich ein Körper mit einer linearen Größe in der entsprechenden Dimension bei einer Temperaturerhöhung um Folgendes ausdehnt:

wo ist der sogenannte lineare Wärmeausdehnungskoeffizient. Für die Berechnung von Flächen- und Volumenänderungen eines Körpers stehen ähnliche Formeln zur Verfügung. Im einfachsten dargestellten Fall, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient weder von der Temperatur noch von der Ausdehnungsrichtung abhängt, dehnt sich der Stoff in strikter Übereinstimmung mit der obigen Formel gleichmäßig in alle Richtungen aus.

Längenausdehnungskoeffizient:

Wärmeausdehnungskoeffizient- eine dimensionslose Größe, die die relative Änderung des Volumens oder der linearen Abmessungen eines Körpers bei einem Temperaturanstieg um 1 K bei konstantem Druck charakterisiert.

Koeffizient der linearen Wärmeausdehnung zeigt die relative Änderung der Körperlänge bei Erwärmung um die Temperatur ΔT:

- relative Änderung der linearen Größe eines Körpers, wenn er bei konstantem Druck um dT Grad erhitzt wird.

Volumetrische Wärmeausdehnung von Feststoffen:

??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

Zusammenhang zwischen linearen und volumetrischen Ausdehnungskoeffizienten:

Lassen Sie einen Würfel mit der Seite l durch Erhitzen ausdehnen. Sein Anfangsvolumen beträgt V=l3. Beim Erhitzen auf t wird jede Seite davon gleich l(1+at) und das Volumen V" = l3(l+at)3. Folglich haben wir gesehen, dass der a-Wert sehr klein ist. Da außerdem Betrachten wir nur kleine Temperaturänderungen, dann sind die Terme 3a2t und a3t2 klein im Vergleich zu 3a (zum Beispiel ist bei a = 2,0 · 10-5 K-1 und t = 100 K der Term 3a2t 500-mal kleiner als 3a, und Der Term a3t2 ist 750.000-mal kleiner als 3a. Daher können wir die Terme 3a2t und a3t2 im Vergleich zu 3a vernachlässigen und annehmen, dass b = 3a. Der Volumenausdehnungskoeffizient ist also gleich dem Dreifachen des linearen Ausdehnungskoeffizienten. Zum Beispiel: für Eisen beträgt er 3,6 · 10-5 K-1.

Thermodynamisches Gleichgewicht. Thermodynamische Parameter des Systems. Temperatur. Kelvin-Temperaturskala. Absoluter Nullpunkt.

Thermodynamisches Gleichgewicht:

ThermodynamischGleichgewicht- ein Zustand eines Systems, in dem die makroskopischen Größen dieses Systems (Temperatur, Druck, Volumen, Entropie) unter Bedingungen der Isolation von der Umgebung über die Zeit unverändert bleiben. Im Allgemeinen sind diese Werte nicht konstant, sie schwanken (oszillieren) lediglich um ihre Durchschnittswerte. Entspricht ein Gleichgewichtssystem mehreren Zuständen, in denen das System jeweils auf unbestimmte Zeit verharren kann, so spricht man von einem metastabilen Gleichgewicht. Im Gleichgewichtszustand gibt es keine Stoff- oder Energieströme im System, keine Nichtgleichgewichtspotentiale (oder Antriebskräfte) oder Änderungen in der Anzahl der vorhandenen Phasen.

Thermodynamische Parameter des Systems:

TthermodynamischOptionen- körperlich Größen, die den Gleichgewichtszustand der Thermodynamik charakterisieren. Systeme: Temperatur, Volumen, Dichte, Druck, Magnetisierung, Elektrik. Polarisation usw. Man unterscheidet zwischen ausgedehnten Energiesystemen, proportional zum Volumen (oder Masse) des Systems (innere Energie U, Entropie S, Enthalpie H, Helmholtz-Energie oder freie Energie F, Gibbs-Energie G) und intensiv Energiesysteme. pp., unabhängig von der Masse des Systems (Temperatur T, Druck P, Konzept c, chemisches Potential). In einem thermodynamischen Zustand. Gleichgewicht P. s. hängen nicht von Zeit und Raum ab. Koordinaten In einem Nichtgleichgewichtszustand ist P. s. kann von Koordinaten und Zeit abhängen.

Temperatur:

Temperatur- skalare physikalische Größe, die den thermodynamischen Gleichgewichtszustand eines makroskopischen Systems charakterisiert. Die Temperatur aller Teile eines Systems im Gleichgewicht ist gleich. Befindet sich das System nicht im Gleichgewicht, findet zwischen seinen Teilen mit unterschiedlichen Temperaturen eine Wärmeübertragung statt (Energieübertragung von stärker erhitzten Teilen des Systems zu weniger beheizten), was zu einem Temperaturausgleich im System führt.

Die Temperatur bestimmt: die Verteilung der Teilchen, die ein System bilden, nach Energieniveaus (siehe Maxwell-Boltzmann-Statistik) und die Verteilung der Teilchen nach Geschwindigkeiten (siehe Maxwell-Verteilung); Ionisierungsgrad einer Substanz (siehe Sakha-Gleichung); spektrale Strahlungsdichte (siehe Plancksche Formel); gesamte volumetrische Strahlungsdichte (siehe Stefan-Boltzmann-Gesetz) usw. Die als Parameter in der Boltzmann-Verteilung enthaltene Temperatur wird oft als Anregungstemperatur bezeichnet, in der Maxwell-Verteilung - kinetische Temperatur, in der Saha-Formel - Ionisationstemperatur, im Stefan-Gesetz - Boltzmann - Strahlungstemperatur. Da für ein System im thermodynamischen Gleichgewicht alle diese Parameter einander gleich sind, werden sie einfach als Systemtemperatur bezeichnet.

Unter Temperatur versteht man intensive Größen, die nicht von der Masse des Systems abhängen.

Kelvin-Temperaturskala:

Eine absolute Temperaturskala, die nicht von den Eigenschaften der thermometrischen Substanz abhängt (der Bezugspunkt ist die absolute Nulltemperatur, auch bekannt als Celsius-Skala entspricht 273,16 Grad).

Absoluter Nullpunkt:

Absolute Nulltemperatur- die minimale Temperaturgrenze, die ein physischer Körper im Universum haben kann. Der absolute Nullpunkt dient als Ursprung einer absoluten Temperaturskala, beispielsweise der Kelvin-Skala. Im Jahr 1954 erstellte die Auf der Celsius-Skala entspricht sie der absoluten Nulltemperatur –273,15 °C.

Boyle-Marriott-Gesetz. Grafische Darstellung eines isothermen Prozesses.

Boyle-Marriott-Gesetz:

Das Boyle-Mariotte-Gesetz ist eines der grundlegenden Gasgesetze, das 1662 von Robert Boyle entdeckt und unabhängig davon 1676 von Edme Mariotte wiederentdeckt wurde. Beschreibt das Verhalten eines Gases in einem isothermen Prozess. Das Gesetz ist eine Folge der Clapeyron-Gleichung.

Das Boyle-Marriott-Gesetz besagt:

Bei konstanter Temperatur und Masse eines idealen Gases ist das Produkt aus Druck und Volumen konstant.

In mathematischer Form wird diese Aussage wie folgt geschrieben

Wo ist der Gasdruck? - Gasvolumen.

Es ist wichtig klarzustellen, dass in diesem Gesetz Gas als ideal gilt. Tatsächlich weichen alle Gase in gewissem Maße vom Ideal ab. Je höher die Molmasse des Gases ist, desto größer ist dieser Unterschied.

Das Boyle-Mariotte-Gesetz, das Charles-Gesetz und das Gay-Lussac-Gesetz, ergänzt durch das Avogadro-Gesetz, bilden die Zustandsgleichung eines idealen Gases.

Grafische Darstellung eines isothermen Prozesses:

Gay-Lussacs Gesetz. Grafische Darstellung eines isochoren Prozesses.

Gay-Lussacs Gesetz:

Gay-Lussacs Gesetz- das Gesetz der proportionalen Abhängigkeit des Volumens eines Gases von der absoluten Temperatur bei konstantem Druck, benannt nach dem französischen Physiker und Chemiker Joseph Louis Gay-Lussac, der es erstmals 1802 veröffentlichte.

Das 1802 von Gay-Lussac entdeckte isobare Gesetz besagt, dass bei konstantem Druck das Volumen einer konstanten Gasmasse proportional zur absoluten Temperatur ist. Mathematisch lässt sich das Gesetz wie folgt ausdrücken:

Wo ist das Gasvolumen und die Temperatur?

Wenn der Zustand eines Gases bei konstantem Druck und zwei verschiedenen Temperaturen bekannt ist, kann das Gesetz in der folgenden Form geschrieben werden:

.

Grafische Darstellung eines isochoren Prozesses:

Charles' Gesetz. Grafische Darstellung eines isobaren Prozesses.

Charles' Gesetz:

Charles' Gesetz oder Das zweite Gesetz von Gay-Lussac- eines der grundlegenden Gasgesetze, das die Beziehung zwischen Druck und Temperatur für ein ideales Gas beschreibt. Experimentell wurde die Abhängigkeit des Gasdrucks von der Temperatur bei konstantem Volumen 1787 von Charles festgestellt und 1802 von Gay-Lussac verfeinert.

Die Formulierung von Charles‘ Gesetz lautet wie folgt:

Der Druck eines Gases mit fester Masse und festem Volumen ist direkt proportional zur absoluten Temperatur des Gases.

Vereinfacht ausgedrückt: Steigt die Temperatur eines Gases, dann steigt auch sein Druck, wenn Masse und Volumen des Gases unverändert bleiben. Eine besonders einfache mathematische Form hat das Gesetz, wenn die Temperatur beispielsweise im absoluten Maßstab gemessen wird Grad Kelvin. Mathematisch lautet das Gesetz wie folgt:

P - Gasdruck,

T – Gastemperatur (in Grad Kelvin),

k ist eine Konstante.

Dieses Gesetz ist wahr, weil die Temperatur ein Maß für die durchschnittliche kinetische Energie eines Stoffes ist. Wenn die kinetische Energie eines Gases zunimmt, kollidieren seine Partikel schneller mit den Wänden des Behälters und erzeugen dadurch einen höheren Druck.

Um denselben Stoff unter zwei unterschiedlichen Bedingungen zu vergleichen, kann das Gesetz wie folgt geschrieben werden:

Grafische Darstellung des isobaren Prozesses:

Zustandsgleichung eines idealen Gases. Universelle Gas Konstante. Gasdichte.

Zustandsgleichung eines idealen Gases. Universelle Gas Konstante:

Staatsgleichungideales Gas(Manchmal Die gleichungClapeyron oder Gleichung Mendelejew- Clapeyron) – eine Formel, die die Beziehung zwischen Druck, Molvolumen und absoluter Temperatur eines idealen Gases festlegt. Die Gleichung lautet:

Druck,

Molares Volumen,

Universelle Gas Konstante

Absolute Temperatur, K.

Da wo die Menge der Substanz und wo die Masse die Molmasse ist, kann die Zustandsgleichung wie folgt geschrieben werden:

Diese Form der Aufzeichnung wird als Mendeleev-Clapeyron-Gleichung (Gesetz) bezeichnet.

Die von Clapeyron abgeleitete Gleichung enthielt eine bestimmte nichtuniverselle Gaskonstante, deren Wert für jedes Gas gemessen werden musste:

Mendeleev entdeckte, dass es direkt proportional ist; er nannte den Proportionalitätskoeffizienten die universelle Gaskonstante.

Gasdichte:

Das Konzept der inneren Energie in der Thermodynamik. Möglichkeiten, die innere Energie zu verändern. Gasarbeit in der Thermodynamik.

Die Arbeitsleistung und die Energiefreisetzung bei thermodynamischen Prozessen weisen darauf hin, dass thermodynamische Systeme über eine innere Energiereserve verfügen. Es gibt zwei Möglichkeiten, die innere Energie zu verändern:

Verrichtung mechanischer Arbeit A’ durch äußere Kräfte an einem System oder das System selbst an äußeren Körpern A(A=A’)

Wärmeaustausch. Die Energiemenge, die ein Körper bei einem solchen Vorgang aufnimmt oder abgibt, nennt man Wärmemenge und wird mit Q bezeichnet

Die Änderung der inneren Energie U kann mit der Formel ermittelt werden

U=U 1 +U 2, wobei

U 2 und U 1 – innere Energie im ersten und zweiten Zustand

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik. Anwendung des 1. Hauptsatzes der Thermodynamik auf Isoprozesse.

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik:

Die dem System zugeführte Wärmemenge wird für die Erhöhung seiner inneren Energie und für die vom System gegen äußere Kräfte geleistete Arbeit aufgewendet:

Die Änderung der inneren Energie des Systems entspricht der Summe der dem Körper zugeführten Wärmemenge und der von äußeren Kräften auf das System ausgeübten Arbeit

Betrachten wir als Anwendungsbeispiel den Vorgang des Bremsens eines Blocks durch Reibungskräfte auf einer horizontalen Fläche – die mechanische Energie des Blocks verschwindet nicht, sondern wird in die innere Energie des „Stop-Bar“-Systems umgewandelt, d.h. die Reibflächen erwärmen sich.

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik verbietet die Existenz des alten Menschheitstraums – eines Perpetuum Mobile. Ein Perpetuum mobile der ersten Art ist unmöglich – ein Gerät, das über die aufgewendete Arbeit hinaus nützliche Arbeit leisten kann.

Adiabatischer Prozess.

Der adiabatische Prozess ist ein thermodynamischer Prozess in einem wärmeisolierten System Q=0.

Dieser Prozess findet statt, wenn das System gut wärmeisoliert ist oder wenn die Prozessdauer kurz ist und praktisch kein Wärmeaustausch stattfindet. Bei der Anwendung auf adiabatische Prozesse nimmt der erste Hauptsatz der Thermodynamik die Form an

Laut Definition entspricht ein adiabatischer Prozess einer Wärmekapazität gleich 0 (CA = 0).

Schematische Darstellung einer Wärmekraftmaschine. Maximale Effizienz von Wärmekraftmaschinen. Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik.

Schematische Darstellung einer Wärmekraftmaschine

Jede Wärmekraftmaschine hat drei Auszeichnungen:

Effizienz des Carnot-Zyklus

Dabei ist T 1 die Temperatur der Heizung, T 2 die Temperatur des Kühlschranks

Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik:

Ein solcher zyklischer Prozess ist unmöglich, dessen einziges Ergebnis die Umwandlung der vom System aus der Außenumgebung aufgenommenen Wärme in Arbeit wäre, ohne dass sich die Umgebung verändert.

Die Struktur von Flüssigkeiten. Oberflächenspannung. Oberflächenspannungskoeffizient. Methoden zur Bestimmung des Oberflächenspannungskoeffizienten.

Die Arbeit A zur Bildung von S=1m2 Flüssigkeitsoberfläche bei konstanter Temperatur wird als Oberflächenspannung bezeichnet

Die Oberflächenspannung hängt von der Flüssigkeit, ihrer Temperatur und dem Vorhandensein von Verunreinigungen ab. Mit steigender Temperatur nimmt sie ab oder verschwindet ganz.

Das Phänomen der Benetzung und Nichtbenetzung. Kantenwinkel. Kapillarphänomene. Kapillarität im Alltag, Natur, Technik.

Unter Benetzung versteht man das Phänomen der intermolekularen Wechselwirkung zwischen Teilchen eines Feststoffs und einer Flüssigkeit an ihrer Grenze. Die Flüssigkeit wird als Benetzung bezeichnet.

Wenn die Anziehungskräfte zwischen den Molekülen einer Flüssigkeit und einem Festkörper geringer sind als zwischen den Molekülen der Flüssigkeit selbst, dann „stoßen“ sich die angrenzenden Schichten der Flüssigkeit von ihrer Oberfläche ab – das Phänomen der Nichtbenetzung, und die Flüssigkeit ist es nicht benetzend.

Das Phänomen der Benetzung und Nichtbenetzung führt zu einer Krümmung der Flüssigkeitsoberfläche in der Nähe der Gefäßwände, dem sogenannten Randeffekt.

Ein quantitatives Merkmal der Effekte ist der Kontaktwinkel ɵ zwischen der Tangentialebene an die Oberfläche der Flüssigkeit und der Oberfläche des Festkörpers.

Das Auf- und Absteigen von Flüssigkeiten in Kapillaren unter dem Einfluss von Oberflächenspannungskräften wird als Kapillarphänomen bezeichnet.

Kapillarphänomene spielen eine wesentliche Rolle bei der Wasserversorgung von Pflanzen, beim Feuchtigkeitsanstieg im Boden, beim Eindringen von Flüssigkeit in poröse Körper und im Kreislaufsystem der Lunge.

Mechanische Eigenschaften von Festkörpern. Hookes Gesetz. Elastizitätsmodul

1.Was untersucht die Molekularphysik? Was ist MKT? 1)Molekularphysik– ein Zweig der Physik, der die physikalischen Eigenschaften von Substanzen in verschiedenen Aggregatzuständen auf der Grundlage der Berücksichtigung ihrer molekularen (mikroskopischen) Struktur untersucht. Probleme der Molekularphysik werden mit den Methoden der statistischen Mechanik, Thermodynamik und physikalischen Kinetik gelöst; sie sind mit der Untersuchung der Bewegung und Wechselwirkung von Teilchen (Atome, Moleküle, Ionen) verbunden, aus denen physikalische Körper bestehen. 2) Molekularkinetische Theorie bezeichnet die Lehre von der Struktur und den Eigenschaften der Materie, basierend auf der Idee der Existenz von Atomen und Molekülen als kleinsten Teilchen chemischer Substanzen. MCT erklärt die Struktur und Eigenschaften makroskopischer Körper als Ergebnis der Wechselwirkung einer großen Anzahl von Atomen, Molekülen oder Ionen, aus denen sie bestehen.

2.Formulieren Sie die Hauptprinzipien der MKT eines Stoffes?Die molekularkinetische Theorie basiert auf drei Hauptprinzipien:

1) Alle Stoffe – flüssig, fest und gasförmig – entstehen aus kleinsten Teilchen – Molekülen, die ihrerseits aus Atomen bestehen („Elementarmoleküle“). alle Körper bestehen aus Teilchen, deren Größe vernachlässigt werden kann: Atome, Moleküle und Ionen; Die Moleküle einer chemischen Substanz können einfach oder komplex sein, d. h. bestehen aus einem oder mehreren Atomen. Moleküle und Atome sind elektrisch neutrale Teilchen. Unter bestimmten Bedingungen können Moleküle und Atome zusätzliche elektrische Ladung erhalten und zu positiven oder negativen Ionen werden.

2) Atome und Moleküle befinden sich in ständiger chaotischer Bewegung.

3) Teilchen interagieren durch absolut elastische Stöße miteinander.

3.Welche Experimente bestätigen die wichtigsten Bestimmungen von MCT? 4.Was ist die Brownsche Bewegung? Ursache?Brownsche Bewegung- zufällige Bewegung mikroskopisch kleiner sichtbarer Partikel einer festen Substanz, die in einer Flüssigkeit oder einem Gas suspendiert ist, verursacht durch die thermische Bewegung der Partikel der Flüssigkeit oder des Gases. Die Brownsche Bewegung entsteht aufgrund der Tatsache, dass alle Flüssigkeiten und Gase aus Atomen oder Molekülen bestehen – winzigen Teilchen, die sich in ständiger chaotischer thermischer Bewegung befinden und daher das Brownsche Teilchen kontinuierlich aus verschiedenen Richtungen drängen. Es wurde festgestellt, dass große Partikel mit einer Größe von mehr als 5 µm praktisch nicht an der Brownschen Bewegung teilnehmen (sie sind stationär oder sedimentieren), kleinere Partikel (weniger als 3 µm) bewegen sich entlang sehr komplexer Flugbahnen vorwärts oder rotieren.

5.Was ist Diffusion? Anwendungsbeispiele?Diffusion- der Prozess der Übertragung von Materie oder Energie von einem Bereich hoher Konzentration in einen Bereich niedriger Konzentration. Ein Beispiel für Diffusion ist die Vermischung von Gasen (zum Beispiel die Verbreitung von Gerüchen) oder Flüssigkeiten (wenn Tinte in Wasser getropft wird, wird die Flüssigkeit nach einiger Zeit gleichmäßig gefärbt). Ein weiteres Beispiel ist mit einem Festkörper verbunden: Atome sich berührender Metalle vermischen sich an der Kontaktgrenze.

6.Was ist ein Mol einer Substanz? Mol- eine Maßeinheit für die Menge eines Stoffes im Internationalen Einheitensystem (SI), einer der sieben SI-Grundeinheiten. Der Maulwurf wurde 1971 von der XIV. Generalkonferenz für Maß und Gewicht als SI-Basiseinheit übernommen.

Mole der Substanz- Dies ist die Menge davon, die in Gramm genauso wiegt wie ein Molekül einer Substanz in relativen Atomeinheiten, die 6,02 * 10^23 Struktureinheiten enthält.

Ein Zweig der Physik, in dem Physik studiert wird. St. va tel in verschiedenen. Aggregatzustände aufgrund der Berücksichtigung ihrer mikroskopischen. (molekulare Struktur. Probleme von M. f. werden mit physikalischen Methoden gelöst. Statistik, Thermodynamik und Physik. Kinetik, sie hängen mit der Studie zusammen... ... Physische Enzyklopädie

MOLEKULARE Physik, ein Zweig der Physik, der die physikalischen Eigenschaften von Körpern in verschiedenen Aggregatzuständen auf der Grundlage der Berücksichtigung ihrer molekularen Struktur untersucht. Der erste gebildete Teilbereich der Molekularphysik war die kinetische Theorie der Gase... ... Moderne Enzyklopädie

Ein Zweig der Physik, der die physikalischen Eigenschaften von Körpern in verschiedenen Aggregatzuständen auf der Grundlage der Berücksichtigung ihrer molekularen Struktur untersucht. Von der Molekularphysik, der Festkörperphysik, der physikalischen Kinetik, der physikalischen... Großes enzyklopädisches Wörterbuch

Substantiv, Anzahl der Synonyme: 2 Moleküle (2) Physik (55) ASIS Wörterbuch der Synonyme. V.N. Trishin. 2013… Synonymwörterbuch

Ein Zweig der Physik, der die physikalischen Eigenschaften von Körpern in verschiedenen Aggregatzuständen auf der Grundlage der Berücksichtigung ihrer molekularen Struktur untersucht. Von der Molekularphysik, der Festkörperphysik, der physikalischen Kinetik, der physikalischen ... Enzyklopädisches Wörterbuch

Ein Zweig der Physik, der die physikalischen Eigenschaften von Körpern in verschiedenen Aggregatzuständen unter Berücksichtigung ihrer mikroskopischen (molekularen) Struktur untersucht. Probleme von M. f. werden mit Methoden der physikalischen Statistik, Thermodynamik und... gelöst. Große sowjetische Enzyklopädie

Molekularphysik- molekulinė fizika statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Molekularphysik Vok. Molekülphysik, f rus. Molekularphysik, f pranc. physique moléculaire, f … Fizikos terminų žodynas

Ein Zweig der Physik, in dem Physik studiert wird. Eigenschaften von Körpern, Merkmale von Aggregatzuständen in Wasser (gasförmig, flüssig und kristallin) und Prozesse von Phasenübergängen in Abhängigkeit von der molekularen Struktur von Körpern, Wechselwirkungskräfte zwischen Molekülen (Atome, Ionen) und... ... Großes enzyklopädisches polytechnisches Wörterbuch

Der Zweig der Physik, der Physik studiert. Eigenschaften von Körpern in verschiedenen Aggregatzustände basierend auf der Berücksichtigung ihrer Molzahl. Gebäude. Von M. f. stachen für sich allein heraus. Abschnitte Physik-TV. Körper, physisch Kinetik, physikalisch Chemie usw. Naturwissenschaft. Enzyklopädisches Wörterbuch

PHYSIK. 1. Gegenstand und Aufbau der Physik Physik ist eine Wissenschaft, die das Einfachste und zugleich Wichtigste erforscht. allgemeine Eigenschaften und Bewegungsgesetze der Objekte der materiellen Welt um uns herum. Aufgrund dieser Gemeinsamkeit gibt es keine Naturphänomene, die keine physikalischen Eigenschaften haben. Eigenschaften... Physische Enzyklopädie

Bücher

• Molekularphysik, I. A. Kvasnikov. Das vorgeschlagene Handbuch zum Abschnitt „Molekularphysik“ eines maßgeblichen Spezialisten auf dem Gebiet der statistischen Physik I. A. Kvasnikov entspricht modernen Vorstellungen über molekulare…
• Molekularphysik, I.K. Kikoin, A.K. Kikoin. Das Buch „Molekularphysik“, geschrieben von den herausragenden Wissenschaftlern und Lehrern A.K. Kikoin und I.K. Kikoin, ist immer noch eines der besten Lehrbücher. Enthält Elemente...