Исходные понятия и определениямолекулярной физики и термодинамики Молекулярная физика – это раздел физики, в котором изучают структуру, свойства и агрегатное состояние веществ, исходя из молекулярно-кинетических представлений об их природе. Согласно этим представлениям все вещества состоят из атомов, молекул или ионов, которые находятся в непрерывном хаотическом тепловом движении. В молекулярной физике используют два различных, но дополняющих друг друга метода: статистический и термодинамический. Первый лежит в основе молекулярно-кинетической теории газов и основан на использовании теории вероятностей и представления изучаемого объекта в виде ² идеального газа². Все процессы, происходящие в макроскопической системе и ее свойства объясняются как совокупный эффект от взаимодействия большого числа микрочастиц (атомов или молекул). Поэтому молекулярно-кинетическую теорию называют еще и статистической физикой. Термодинамический метод, в отличие от статистического, не рассматривает внутреннее строение изучаемых объектов и не изучает характер движения отдельных микрочастиц. он основан на анализе условий и закономерностей превращения различных видов энергии исследуемой системы при ее переходе из одного состояния в другое. Прежде чем перейти к рассмотрению основ молекулярной физики необходимо дать несколько определений. Термодинамическая система – это мысленно выделенная совокупность макроскопических тел, которые взаимодействуют и обмениваются энергией, как между собой, так и с внешней средой. Состояние системы задается термодинамическими параметрами (параметрами состояния)–совокупностью физических величин, которые характеризуют свойства системы: удельный объем (v), давление (p), температура (Т). Удельный объемv - это объем единицы массы, когда тело однородно, то есть его плотность r = const:
Поскольку при постоянной массе удельный объем пропорционален общему объему, то макроскопические свойства однородного тела можно характеризовать объемом тела. Давлением называется физическая величина
где dFn – это модуль нормальной силы, действующий на малый участок поверхности тела. Температура – это физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. под равновесным состоянием понимают такое состояние термодинамической системы, при котором термодинамические параметры не меняются во времени. В соответствии с решением 11 Генеральной конференции по мерам и весам с 1960 г. можно применять только две температурные шкалы – термодинамическую и Международную практическую, градуированные соответственно в кельвинах (К ) и в градусах Цельсия (°С). В международной практической шкале в качестве реперных точек принята температура замерзания и кипения воды при давлении 1, 013× 105 Па. Термодинамическая температурная шкала определяется по одной реперной точке – это тройная точка воды – температура, при которой лед, вода и насыщенный пар при давлении 609 Па находятся в термодинамическом равновесии. Температура замерзания воды равна 273, 15К. Термодинамическая температура Т и температура по Международной практической шкале t связаны соотношением: Т = 273, 15 + t. Температура Т = 0 называется нулем Кельвина. Нормальными условиями (н.у.) принято считать температуру Т 0 = 273, 15 К и давление р 0= 1, 013× 105 Па. Параметры состояния системы могут изменяться. Любое изменение в системе, связанное с изменением хотя бы одного из ее термодинамических параметров, называют термодинамическим процессом. В молекулярной физике массы атомов и молекул принято характеризовать не их абсолютными значениями, например в кг, а относительными безразмерными величинами - атомной (Аr) и молекулярной (Мr) массами. В качестве атомной единицы массы (а.е.м., mу) принимается 1/12 массы изотопа углерода 12С (mу = 1, 66× 10-27 кг). Относительная молекулярная масса Мг = m 0 / mу, где m 0- абсолютное значение массы молекулы. В молекулярной физике также используется понятие количества вещества, которое выражается в молях. Моль равен такому количеству вещества, которое содержит столько же структурных элементов (атомов, молекул), сколько атомов содержится в 0, 012 кг изотопа углерода 12С.Следовательно, 1мольлюбого вещества содержит одинаковое число структурных элементов, которое называется постоянная Авогадро: Например, N = 1025молекул водорода и N = 1025молекул кислорода являются одинаковыми количествами вещества, хотя они имеют разные массы: 3, 34× 10-2 кг и 0, 531 кг соответственно. В молекулярной физике используют также понятие молярная масса m, которая определяется как масса 1 моля вещества, т. е.m = NА × m 0.
|
.
,
