Молекулярная физика. Тепловые явления

1.

Почему тепловые явления изучаются
в молекулярной физике
Основные положения молекулярнокинетической теории. Размеры молекул
Масса молекул. Количество вещества
Броуновское движение
Силы взаимодействия молекул
ЗАДАНИЯ
Д/З
Строение газообразных, жидких
и твердых тел

2.

До сегодняшнего дня мы изучали физику так
называемых макроскопических тел (греч.
“макрос” – большой). Это все тела, которые нас
окружают: дома, машины, вода в стакане, вода в
океане и т.д.
Нас интересовало, что происходит с этими телами и вокруг
них. Теперь нас будет интересовать также и то, что
происходит внутри тел. На этот вопрос нам поможет
ответить раздел физики, который называется МКТ.
Макроскопические тела –
это большие тела, состоящие из
огромного числа молекул.

3.

Механическое движение макроскопических тел – это
перемещением одних тел относительно других в пространстве с
течением времени.
Механика изучает
движение тел
силы как причины
изменения скоростей тел
Механика не дает ответов
почему существуют твердые, жидкие
и газообразные тела и почему эти тела
могут переходить из одного состояния в
другое
о природе этих сил и
их происхождении
На многие, очень многие вопросы механика Ньютона никаких ответов не дает.
Все это хорошо понимал сам Ньютон, которому принадлежат слова: «Я не знаю, чем я
кажусь миру; мне самому кажется, что я был только мальчиком, играющим на
берегу моря и развлекающимся тем, что от времени до времени находил более
гладкие камушки или более красивую раковину, чем обыкновенно, в то время, как
великий океан истины лежал передо мной совершенно неразгаданным».

4.

Тепловые явления – это явления связаны с изменением
температуры (нагреванием или охлаждением тел).
Тепловое движение – это беспорядочное движение молекул.
Тепловое движение присущее всем макроскопическим телам
независимо от того, перемещаются они в пространстве или
нет.
Тепловое движение в газах
Тепловое движение в жидкостях
Тепловое движение в твердых телах
Беспорядочное движение огромного числа молекул качественно отличается от
упорядоченного механического перемещения тел. Оно представляет собой особый вид
движения материи со своими особыми свойствами. Об этих свойствах и пойдет речь в
дальнейшем

5.

В XVIII начала развиваться молекулярно-кинетическая теория.
Цель молекулярно-кинет ической т еории:
объяснение свойств макроскопических тел и
тепловых процессов, протекающих в них, на
основе представлений о том, что все тела
состоят из отдельных, беспорядочно
движущихся частиц.
Большой вклад в развитие молекулярно-кинетической теории
был внесен М.В. Ломоносовым.

6.

1. Все вещества состоят из молекул (атомов), т.е.
имеют дискретное строение, молекулы
разделены промежутками.
2. Молекулы (атомы) находятся в непрерывном
беспорядочном (хаотическом) тепловом
движении.
3. Между молекулами (атомами) тела
существуют силы взаимодействия.

7.

Оценим размер молекул.
Какие измерения необходимо произвести, чтобы вычислить размеры
молекулы?
1. Измерить объем капли.
V = 1 мм3 = 0,001 см3
2. Измерить площадь пленки.
Как вычислить размер молекул?
S = 0,6 м2 = 6000 см2
V
0,001 см 3
7
d
1
,
7
10
см
2
S
6000 см
Подсчитаем приблизительное число молекул в капле воды массой 1 г и,
следовательно, объемом 1 см3.
d H 2O 3 10 8 см
VH 2O (3 10 8 )3 cм3 – при плотной упаковке молекул
1 см3
22
N
3
,
7
10
(3 10 8 )3 см3

8.

Вычислим размер молекулы воды.
В 1 г воды содержится 3,7·1022 молекул.
m
1г
23
2
,
7
10
г
m0 H 2O
22
N 3,7 10
Относительной молекулярной (или атомной) массой
вещества Мr называют отношение массы молекулы (или
атома) m0 данного вещества к 1/12 массы атома углерода
m0C
Mr
m0
1
m0C
12
Вычислим Mr воды Н2О (для этого воспользуемся таблицей Менделеева)
Mr (Н2О)= 2·1+16=18 а.е.м.
Атомная единица массы (а.е.м.) ≈ 1,66·10-27 кг

9.

Один моль – это количество вещества, в
котором содержится столько же молекул или
атомов, сколько атомов содержится в
углероде массой 0,012 кг.
1 моль любого вещества содержится одно и то
же число атомов или молекул. Это число
атомов
обозначают
NA
и
называют
постоянной Авогадро в честь итальянского
ученого (XIX в.).
NA = 6·1023 моль-1
NA – число атомов в одном моле любого вещества.
Количество вещества ν равно отношению числа молекул N в данном теле к
постоянной Авогадро NA, т. е. к числу молекул в 1 моль вещества:
N
NA

10.

Молярной массой М вещества называют массу вещества, взятого в
количестве 1 моль.
Молярная масса вещества равна произведению массы молекулы на
постоянную Авогадро:
M = m0 N A
NА
М
m0
Масса т любого количества вещества равна произведению массы одной
молекулы на число молекул в теле:
m = m0N
m
m0
m
M
M
m0
N
m
m0
m
N N A N A
M

11.

Броуновское движение – это хаотическое перемещение взвешенных в жидкости (или газе) твердых частиц, обусловленное
тепловым движением молекул.
Причина броуновского движения
Непрерывно и хаотично движущиеся молекулы среды постоянно
ударяют со всех сторон по броуновским частицам. Эти удары не
компенсируют друг друга. При беспорядочном движении молекул,
передаваемые частице со всех сторон импульсы, неодинаковы. Поэтому
частица
испытывает
неуравновешенное
воздействие,
которое
непрерывно изменяется как по величине, так и по направлению. В
результате этого она находится в постоянном беспорядочном движении.
Здесь все во власти слепого случая.
На интенсивность броуновского движения влияет только
температура жидкости (газа), с ее повышением хаотическое
движение частиц убыстряется.

12.

Молекулы при своем движении испытывают одновременное действие
сил взаимного притяжения и отталкивания. На рисунке приведена
качественная картина распределения сил межмолекулярного взаимодействия в зависимости от расстояния r между молекулами. Силы
притяжения Fп и отталкивания Fо по разному зависят от r, поэтому их
результирующая F отлична от тождественного нуля. Однако существует
раcстояние r = r0, при котором силы отталкивания уравновешиваются
силами притяжения. Это расстояние, сравнимое с диаметром молекул,
соответствует их равновесному расположению. При r < r0 силы
отталкивания превышают силы притяжения. Поэтому молекулы не
проникают друг в друга. При увеличении расстояния между ними r > r0,
притяжение молекул начинает превалировать над отталкиванием,
препятствуя тем самым их разлетанию. При r >> r0, действие
межмолекулярных сил не проявляются.

13.

14.

На рисунке показаны соответствующие зависимости
потенциальной энергии ЕP молекул от расстояния r. В
состоянии устойчивого равновесия (r = r0) система из
двух
взаимодействующих
молекул
обладает
минимальной потенциальной энергией ЕP0. Величина
ЕP0 называется глубиной потенциальной ямы. Сравнение EK с ЕP0 позволяет различить три вида
агрегатных состояние вещества: газообразное, твердое
и жидкое.
А именно: если EK >> ЕP0 , то вещество
является газом, при EK < ЕP0 – твердым
телом, а при EK ≈ ЕP0 – вещество
представляет собой жидкость.

15.

§ 55 -59
Упражнение 11 № 1-8
четные – 1 вариант
нечетные – 2 вариант
стр. 167
Подготовить сообщения об ученых
упомянутых при изучении данной темы
ВЫХОД