Молекулярно-кинетическая теория

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Основные положения МКТ

Предположение о том, что любое вещество состоит из мельчайших неделимых частиц -- атомов, было высказано около 2500 лет назад древнегреческими философами Левкиппом и Демокритом. По их представлениям все тела образуются в результате соединения атомов. Различия в свойствах тел объясняются тем, что тела состоят из различных атомов или одинаковые атомы по-разному соединены между собой в пространстве.

Джон Дальтон, Жозеф Луи Гей-Люссак и Амедео Авогадро выдвинули обоснование атомистической теории.

1803 г. - Дальтон открыл закон кратных соотношений, проводя опыты по получению различных соединений.

1808 г. - Гей-Люссак установил закон кратных соотношений экспериментально «Объемы газов, вступающих в химическое соединение, при одинаковых значениях давления и температуры, относятся как целые числа, например 1:2, 1:3 или 2:3»

Из этого закона последовало, что в равных объемах любых газов при одинаковых условиях находится одинаковое число частиц.

1811 г - Авогадро сформулировал два принципа :

1) Все вещества, простые и сложные, образованы из молекул, которые сами состоят из атомов.

2) В равных объемах любых газов при одинаковых условиях содержится одно и тоже число молекул. (ЗАКОН АВОГАДРО)

Единица массы атомов и молекул = 1/12 массы атома изотопа углерода. Это атомная единица массы.

1 а.е.м. =1,66*10-27 кг.

Относительная масса атомов и молекул показывает, во сколько раз масса атома или молекулы данного вещества больше 1/12 массы атома углерода.

Количество вещества - определяется числом молекул, содержащимся ы этом веществе.

Молярная масса - масса одного моля вещества.

Молярный объем - объем одного моля любого газа при н.у.

Молекулярно-кинетическая теория - это теория, объясняющая строение и свойства тел на основе закономерностей движения и взаимодействия молекул из которых состоят тела.

Броуновское движение - наиболее наглядный эксперимент о представлении мкт - движение мелких частиц, взвешенных в жидкости или газе.( Р.Броун -1827 г)

Положения МКТ:

1. Молекула - мельчайшая частица вещества, сохраняющая его свойства.

2. Молекулы находятся в беспрерывном хаотичном движении. (Тепловое движение - беспорядочное (хаотическое) движение атомов или молекул вещества.)

3. Между молекулами возникают силы отталкивания и приближения, т.е. они взаимодействуют друг с другом

молекулярный кинетический идеальный газ

2. Эксперименты, лежащие в основе (МКТ)

Решающий эксперимент - подтверждение на опыте предсказанного факта.

1. Закономерности броуновского движения : опыты фр. физика Ж. Перрена сыграли важную роль в подтверждении справедливости мкт 1908-1911 гг.

1905 г. А. Энштейн разработал теорию броуновского движения, и доказал, что при хаотическом движении броуновской частицы (мелкие частицы, участвующие в тепловом движении) ее смещение от начального положения должно подчиняться закону

Наблюдения Перрена полностью подтвердили этот теоретический результат.

2. Распределение молекул по скоростям

Работа Дж. Максвелла «Пояснения к динамической теории газов» 1860 способствовала развитию мкт газов.

Вывод из работы:

Молекулы газа движутся с различными скоростями. При столкновении молекул направления и модули векторов их скоростей изменяются, но распределение молекул по возможным значениям скоростей остается неизменным.

Значительное число молекул движется со скоростью близкой по значению с Vв(наиболее вероятная скорость). Эта скорость зависит от температуры вещества - она уменьшается с понижением температуры.

С понижением температуры число быстродвижущихся молекул уменьшается, а число быстродвижущихся возрастает.

Опыт Штерна.

В приборе, сконструированным Штерном, по оси расположена платиновая проволочка, покрытая серебром. Она окружена металлическим цилиндром с узкой щелью. Напротив щели, к прикрепленной к цилиндру полости, устанавливается пластинка экран. Для проведения опыта, внутри прибора создается вакуум. Затем электрическим током накаливается платиновая проволока. Серебро, нагретое до 900°, испаряется. Часть его молекул проходит через щель и оседает на экране. При неподвижном приборе этот слой серебра образовался точно против щели.

Теперь приведем прибор во вращение, и повторим опыт. В этом случае, полоска осевших молекул оказывается размытой и смещенной. Смещение объясняется тем, что молекулам нужно время, чтобы пролететь от щели до экрана. Ха это время прибор успевает повернуться на некоторый угол. По углу смещения, расстояния между цилиндрами и угловой скорости их вращения, вычисляют скоростю молекулы серебра. Размытость полоски говорит о различии в скоростях молекул. Скорости молекул серебра распределены, как теоретически предсказал Максвелл.

3. Свойства газов. Идеальный газ

Свойства:

1. Газы способны неограниченно расширяться и занимать любой предоставленный им объем.

2. Смесь газов оказывает на стенки сосуда давление, равное сумме давлений каждого из газов, взятых по отдельности (закон Дальтона).

3. При постоянной температуре давление данной массы газа обратно пропорционально его объему (закон Бойля-Мариотта) pV=const

4. При постоянном объеме давление данной массы газа линейно зависит от температуры (закон Шарля) p=p0(1+?t) (p-давление газа при температуре t, p0 - давление газа при 0°С, ? - температурные коэффициент давления, равный 0,003661 °С-1

5. При постоянном давлении объем газа данной массы газа линейно зависит от температуры (закон Гей-Люссака) V=V0(1+?t)

Идеальный газ.

Идеальный газ - это физическая модель газа, взаимодействие между молекулами которого пренебрежительно мало.

- вводится для математического описания поведения газов.

М.В. Ломоносов считал, что вещества состоят из корпускул, находящихся во вращательном движении, а температура связана с вращательным движением этих корпускул.

Д. Джоуль (1852) предписал молекулам поступательное движение, считая, что скорости всех молекул одинаковы.

Р. Клаузиус (1857) систематически изложил кинетическую теорию газов. Он ввел понятие о средних величинах, длине свободного пробега молекул, вычислил давление газа на стенки сосуда и среднюю длину пути между двумя столкновениями молекул.

Свойства идеального газа:

· Расстояние между молекулами гораздо больше их размеров (молекулы можно считать материальными точками);

· Силами взаимодействия, кроме моментов соударения, можно пренебречь (потенциальная энергия взаимодействия молекул по сравнению с кинетической энергией хаотического движения пренебрежимо мала);

· Столкновение молекул друг с другом и со стенками абсолютно упругое;

· Движение каждой молекулы подчиняется классическим законам динамики Ньютона.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа устанавливает связь между макроскопической величиной - давлением, которое может быть измерено, например манометром, и микроскопическими величинами, характеризующими молекулу

где р - давление, m0- масса молекулы, п - концентрация (число молекул в единице объема), v2- средний квадрат скорости молекул.

Если через Е обозначить среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекулы

можно записать

Через плотность

Давление идеального газа пропорционально концентрации молекул и средней кинетической энергии их поступательного движения.

4. Температура и способы ее измерения

Температура - физическая величина, характеризующая среднюю кинетическую энергию движения молекул.

Температура - это физическая величина, характеризующая среднюю скорость теплового движения молекул.

Теплопередача - процесс передачи энергии, происходящий при контакте горячего и холодного тел и сопровождающийся изменениями ряда физических параметров.

Тепловое равновесие - такое состояние, при котором все макроскопические параметры сколь угодно долго остаются неизменными. Оно устанавливается с течением времени между любыми телами и различными температурами.

Измерение:

1. Жидкостный термометр работает по простой схеме - объем жидкости внутри термометра изменяется при изменении температуры вокруг нее. Жидкость, находящаяся в термометре, занимает меньший объем капилляра при низкой температуре, а при высокой температуре жидкость в столбике термометра начинает увеличиваться в объеме, тем самым будет расширяться, и подниматься вверх. Обычно в жидкостных термометрах применяется либо спирт, либо ртуть

2. Газовый термометр - В начале XVIII в. 1703 году Шарль установил что одинаковое нагревание любого газа приводит к одинаковому повышению давления, если при этом объём остается постоянным. При изменении температуры по шкале Цельсия зависимость давления газа при постоянном объёме выражается линейным законом. А отсюда следует, что давление газа (при V = const) можно принять в качестве количественной меры температуры. Соединив сосуд, в котором находится газ, с манометром и проградуировав прибор, можно измерять температуру по показаниям манометра.

В широких пределах изменений концентраций газов и температур и малых давлениях температурный коэффициент давления разных газов примерно одинаковый, поэтому способ измерения температуры с помощью газового термометра оказывается малозависящим от свойств конкретного веществ, используемого в термометре в качестве рабочего тела. Наиболее точные результаты получаются, если в качестве рабочего тела использовать водород или гелий.

Абсолютная температурная школа (термодинамическая шкала температур) была предложена в 1848 г Кельвином (У. Томсоном)

T = t + 273,15

Абсолютный ноль - предельно низкая температура.

Температура, как мера средней кинетической энергии.

При постоянной температуре, средняя кинетическая энергия теплового движения молекул идеального газа имеет постоянное значение независимо от давления и объема газа.

k-=1,38 * 10-23 Дж*К-1

5. Уравнение состояния идеального газа

Опытная проверка уравнения состояния идеального газа.

Эксперимент с атмосферным воздухом, заключенным в гофрированном сосуде (сильфоне).

Верхняя крышка сильфона соединена со стержнем, имеющим винтовую резьбу. Вращением этого стержня можно поднимать или опускать крышку сильфона, растягивая или сжимая сильфон и изменяя тем самым его объем. Шкала на боковой планке позволяет измерить объем сильфона в условных единицах. Для измерения давления воздуха сильфон подключают к манометру. Температуру воздуха можно измерять, нагревая или охлаждая сильфон.

Уравнение, устанавливающее связь между P, V & ? газа, было впервые получено фр. физиком Б. Клапейроном. Но так же его вывел Д.И. Менделеев. Поэтому это уравнение называют уравнением Клапейрона-Менделеева.

Размещено на Allbest.ur