Lumea în care trăim este neînchipuit de frumoasă și plină de multe procese diferite care stabilesc cursul vieții. Toate aceste procese sunt studiate de știința familiară - fizica. Oferă o oportunitate de a vă face cel puțin o idee despre originea universului. În acest articol, vom lua în considerare un astfel de concept precum teoria cinetică moleculară, ecuațiile, tipurile și formulele sale. Cu toate acestea, înainte de a trece la un studiu mai profund al acestor probleme, trebuie să clarificați pentru dvs. însuși sensul fizicii și domeniile pe care le studiază.
Ce este fizica?
De fapt, aceasta este o știință foarte extinsă și, poate, una dintre cele mai fundamentale din istoria omenirii. De exemplu, dacă aceeași știință informatică este asociată cu aproape fiecare domeniu al activității umane, fie că este vorba de design computațional sau de crearea de desene animate, atunci fizica este viața însăși, o descriere a proceselor și fluxurilor sale complexe. Să încercăm să-i deslușim sensul, simplificând cât mai mult posibil înțelegerea.
DeciAstfel, fizica este o știință care se ocupă cu studiul energiei și materiei, a legăturilor dintre ele, cu explicarea multor procese care au loc în vastul nostru univers. Teoria molecular-cinetică a structurii materiei este doar o mică picătură în marea de teorii și ramuri ale fizicii.
Energia, pe care această știință o studiază în detaliu, poate fi reprezentată într-o varietate de forme. De exemplu, sub formă de lumină, mișcare, gravitație, radiație, electricitate și multe alte forme. Vom atinge în acest articol teoria cinetică moleculară a structurii acestor forme.
Studiul materiei ne oferă o idee despre structura atomică a materiei. Apropo, rezultă din teoria molecular-cinetică. Știința structurii materiei ne permite să înțelegem și să găsim sensul existenței noastre, motivele apariției vieții și Universul însuși. Să încercăm în continuare să studiem teoria cinetică moleculară a materiei.
În primul rând, este nevoie de o introducere pentru a înțelege pe deplin terminologia și orice concluzie.
Subiecte de fizică
Răspunzând la întrebarea ce este teoria molecular-cinetică, nu putem decât să vorbim despre secțiuni ale fizicii. Fiecare dintre acestea se ocupă cu studiul și explicația detaliată a unui anumit domeniu al vieții umane. Acestea sunt clasificate după cum urmează:
- Mecanica, care este împărțită în încă două secțiuni: cinematică și dinamică.
- Static.
- Termodinamică.
- Secțiune moleculară.
- Electrodinamică.
- Optics.
- Fizica cuanticelor și a nucleului atomic.
Să vorbim în special despre molecularăfizică, deoarece se bazează pe teoria cinetică moleculară.
Ce este termodinamica?
În general, partea moleculară și termodinamica sunt ramuri strâns legate ale fizicii, care studiază exclusiv componenta macroscopică a numărului total de sisteme fizice. Merită să ne amintim că aceste științe descriu exact starea internă a corpurilor și substanțelor. De exemplu, starea lor în timpul încălzirii, cristalizării, vaporizării și condensării, la nivel atomic. Cu alte cuvinte, fizica moleculară este știința sistemelor care constau dintr-un număr mare de particule: atomi și molecule.
Aceste științe au studiat principalele prevederi ale teoriei cinetice moleculare.
Chiar și în cursul clasei a șaptea, ne-am familiarizat cu conceptele de micro-și macro-lumi, sisteme. Nu va fi de prisos să actualizați acești termeni în memorie.
Microlumea, așa cum putem vedea chiar din numele ei, este alcătuită din particule elementare. Cu alte cuvinte, aceasta este lumea particulelor mici. Dimensiunile lor sunt măsurate în intervalul de la 10-18 m la 10-4 m, iar timpul stării lor reale poate atinge atât infinit, cât și intervale disproporționat de mici, de exemplu, 10-20 s.
Macroworld ia în considerare corpuri și sisteme de forme stabile, constând din multe particule elementare. Astfel de sisteme sunt proporționale cu dimensiunea noastră umană.
În plus, există o mega lume. Este alcătuită din planete uriașe, galaxii cosmice și complexe.
Noțiuni de bazăteorie
Acum că am recapitulat puțin și ne-am amintit termenii de bază ai fizicii, putem trece direct la subiectul principal al acestui articol.
Teoria molecular-cinetică a apărut și a fost formulată pentru prima dată în secolul al XIX-lea. Esența sa constă în faptul că descrie în detaliu structura oricărei substanțe (mai adesea structura gazelor decât a corpurilor solide și lichide), pe baza a trei prevederi fundamentale care au fost colectate din ipotezele unor oameni de știință proeminenți precum Robert Hooke, Isaac. Newton, Daniel Bernoulli, Mihail Lomonosov și mulți alții.
Principalele prevederi ale teoriei cinetice moleculare sună astfel:
- Absolut toate substanțele (indiferent dacă sunt lichide, solide sau gazoase) au o structură complexă, formată din particule mai mici: molecule și atomi. Atomii sunt uneori numiți „molecule elementare”.
- Toate aceste particule elementare sunt întotdeauna într-o stare de mișcare continuă și haotică. Fiecare dintre noi a dat peste o dovadă directă a acestei propuneri, dar, cel mai probabil, nu i-a acordat prea multă importanță. De exemplu, cu toții am văzut pe fundalul razelor soarelui că particulele de praf se mișcă în mod constant într-o direcție haotică. Acest lucru se datorează faptului că atomii produc împingeri reciproce unul cu celăl alt, dându-și în mod constant energie cinetică. Acest fenomen a fost studiat pentru prima dată în 1827 și a fost numit după descoperitorul - „Mișcarea browniană”.
- Toate particulele elementare sunt în proces de interacțiune continuă între eleanumite forțe care au o rocă electrică.
Este de remarcat faptul că un alt exemplu care descrie poziția numărul doi, care se poate aplica și, de exemplu, la teoria cinetică moleculară a gazelor, este difuzia. Îl întâlnim în viața de zi cu zi și în mai multe teste și controale, așa că este important să avem o idee despre el.
În primul rând, luați în considerare următoarele exemple:
Doctorul a vărsat accidental alcool dintr-un balon pe masă. Sau poate ți-ai scăpat flaconul de parfum și s-a răspândit pe podea.
De ce, în aceste două cazuri, atât mirosul de alcool, cât și mirosul de parfum vor umple toată încăperea după ceva timp, și nu doar zona în care s-a vărsat conținutul acestor substanțe?
Răspunsul este simplu: difuzare.
Difuzie - ce este? Cum curge?
Acesta este un proces în care particulele care alcătuiesc o anumită substanță (de obicei un gaz) pătrund în golurile intermoleculare ale alteia. În exemplele noastre de mai sus, s-au întâmplat următoarele: datorită mișcării termice, adică mișcării continue și disociate, moleculele de alcool și/sau de parfum au căzut în golurile dintre moleculele de aer. Treptat, sub influența ciocnirii cu atomii și moleculele de aer, s-au răspândit în jurul camerei. Apropo, intensitatea difuziei, adică viteza curgerii sale, depinde de densitatea substanțelor implicate în difuzie, precum și de energia de mișcare a atomilor și moleculelor acestora, numită cinetică. Cu cât energia cinetică este mai mare, cu atât viteza acestor molecule, respectiv, intensitatea este mai mare.
Cel mai rapid proces de difuzie poate fi numit difuzie în gaze. Acest lucru se datorează faptului că gazul nu este omogen în compoziția sa, ceea ce înseamnă că golurile intermoleculare din gaze ocupă o cantitate semnificativă de spațiu și, respectiv, procesul de introducere a atomilor și a moleculelor unei substanțe străine în ele decurge mai ușor și mai rapid..
Acest proces este puțin mai lent în lichide. Dizolvarea cuburilor de zahăr într-o cană de ceai este doar un exemplu de difuzie a unui solid într-un lichid.
Dar cel mai lung timp este difuzia în corpuri cu o structură cristalină solidă. Este exact așa, deoarece structura solidelor este omogenă și are o rețea cristalină puternică, în celulele căreia atomii solidului vibrează. De exemplu, dacă suprafețele a două bare metalice sunt curățate bine și apoi aduse în contact una cu ceal altă, atunci după un timp suficient de lung vom putea detecta bucăți dintr-un metal în celăl alt și invers.
Ca orice altă secțiune fundamentală, teoria de bază a fizicii este împărțită în părți separate: clasificare, tipuri, formule, ecuații și așa mai departe. Astfel, am învățat elementele de bază ale teoriei cinetice moleculare. Aceasta înseamnă că puteți trece în siguranță la luarea în considerare a blocurilor teoretice individuale.
Teoria molecular-cinetică a gazelor
Este nevoie să înțelegem prevederile teoriei gazelor. După cum am spus mai devreme, vom lua în considerare caracteristicile macroscopice ale gazelor, cum ar fi presiunea și temperatura. Aceasta esteva fi nevoie mai târziu pentru a deriva ecuaţia teoriei molecular-cinetice a gazelor. Dar matematică - mai târziu, și acum să ne ocupăm de teorie și, în consecință, de fizică.
Oamenii de știință au formulat cinci prevederi ale teoriei moleculare a gazelor, care servesc la înțelegerea modelului cinetic al gazelor. Sună așa:
- Toate gazele sunt formate din particule elementare care nu au o anumită dimensiune, dar au o anumită masă. Cu alte cuvinte, volumul acestor particule este minim în comparație cu lungimea dintre ele.
- Atomii și moleculele de gaze practic nu au energie potențială, respectiv, conform legii, toată energia este egală cu cinetică.
- Ne-am familiarizat deja cu această poziție mai devreme - mișcarea browniană. Adică, particulele de gaz sunt întotdeauna în mișcare continuă și haotică.
- Absolut toate ciocnirile reciproce ale particulelor de gaz, însoțite de mesajul vitezei și energiei, sunt complet elastice. Aceasta înseamnă că nu există pierderi de energie sau s alturi bruște ale energiei lor cinetice în timpul unei coliziuni.
- În condiții normale și temperatură constantă, energia medie a mișcării particulelor a aproape toate gazele este aceeași.
Putem rescrie poziţia a cincea prin acest tip de ecuaţie a teoriei molecular-cinetice a gazelor:
E=1/2mv^2=3/2kT, unde k este constanta Boltzmann; T - temperatura în Kelvin.
Această ecuație ne face să înțelegem relația dintre viteza particulelor elementare de gaz și temperatura lor absolută. În consecință, cu cât este mai mare absolutul lortemperatura, cu atât viteza și energia cinetică sunt mai mari.
Presiunea gazului
Astfel de componente macroscopice ale caracteristicii, cum ar fi presiunea gazelor, pot fi explicate și folosind teoria cinetică. Pentru a face acest lucru, să ne imaginăm următorul exemplu.
Să presupunem că într-o cutie se află o moleculă dintr-un anumit gaz, a cărei lungime este L. Să folosim prevederile teoriei gazelor descrise mai sus și să ținem cont de faptul că sfera moleculară se mișcă numai de-a lungul x -axă. Astfel, vom putea observa procesul de ciocnire elastică cu unul dintre pereții vasului (cutie).
Momentul coliziunii în curs, după cum știm, este determinat de formula: p=mv, dar în acest caz, această formulă va lua o formă de proiecție: p=mv(x).
Deoarece luăm în considerare doar dimensiunea axei x, adică axa x, modificarea totală a impulsului va fi exprimată prin formula: mv(x) - m(-v(x))=2mv(x).
În continuare, luăm în considerare forța exercitată de obiectul nostru folosind a doua lege a lui Newton: F=ma=P/t.
Din aceste formule exprimăm presiunea din partea gazului: P=F/a;
Acum, să substituim expresia forței în formula rezultată și să obținem: P=mv(x)^2/L^3.
După aceea, formula noastră finală de presiune poate fi scrisă pentru al N-lea număr de molecule de gaz. Cu alte cuvinte, va arăta astfel:
P=Nmv(x)^2/V, unde v este viteza și V este volumul.
Acum, să încercăm să evidențiem câteva prevederi de bază privind presiunea gazului:
- Se manifestă princiocniri ale moleculelor cu moleculele pereților obiectului în care se află.
- Mărimea presiunii este direct proporțională cu forța și viteza de impact al moleculelor asupra pereților vasului.
Câteva concluzii scurte despre teorie
Înainte de a merge mai departe și de a lua în considerare ecuația de bază a teoriei cinetice moleculare, vă oferim câteva concluzii scurte din punctele și teorie de mai sus:
- Măsura energiei medii de mișcare a atomilor și moleculelor sale este temperatura absolută.
- Când două gaze diferite sunt la aceeași temperatură, moleculele lor au aceeași energie cinetică medie.
- Energia particulelor de gaz este direct proporțională cu viteza pătrată medie: E=1/2mv^2.
- Deși moleculele de gaz au o energie cinetică medie și, respectiv, o viteză medie, particulele individuale se mișcă la viteze diferite: unele rapide, altele lente.
- Cu cât temperatura este mai mare, cu atât viteza moleculelor este mai mare.
- De câte ori creștem temperatura gazului (de exemplu, dublu), energia de mișcare a particulelor sale crește de câte ori (respectiv, se dublează).
Ecuație de bază și formule
Ecuația de bază a teoriei cinetice moleculare vă permite să stabiliți relația dintre cantitățile microlumii și, în consecință, cantitățile macroscopice, adică măsurate.
Unul dintre cele mai simple modele pe care le poate lua în considerare teoria moleculară este modelul gazului ideal.
Ai putea spune astaacesta este un fel de model imaginar studiat de teoria cinetică moleculară a unui gaz ideal, în care:
- cele mai simple particule de gaz sunt considerate bile perfect elastice care interacționează atât între ele, cât și cu moleculele pereților oricărui vas într-un singur caz - o coliziune absolut elastică;
- forțele de atracție din interiorul gazului sunt absente sau pot fi de fapt neglijate;
- elementele structurii interne a gazului pot fi luate drept puncte materiale, adică volumul lor poate fi de asemenea neglijat.
Luând în considerare un astfel de model, fizicianul de origine germană Rudolf Clausius a scris o formulă pentru presiunea gazului prin relația dintre parametrii micro și macroscopici. Arată ca:
p=1/3m(0)nv^2.
Mai târziu această formulă va fi numită ecuația de bază a teoriei cinetice moleculare a unui gaz ideal. Poate fi prezentat sub mai multe forme diferite. Datoria noastră acum este să arătăm secțiuni precum fizica moleculară, teoria cinetică moleculară și, prin urmare, ecuațiile și tipurile lor complete. Prin urmare, este logic să luați în considerare și alte variante ale formulei de bază.
Știm că energia medie care caracterizează mișcarea moleculelor de gaz poate fi găsită folosind formula: E=m(0)v^2/2.
În acest caz, putem înlocui expresia m(0)v^2 din formula de presiune inițială cu energia cinetică medie. Ca urmare a acestui fapt, vom avea ocazia să compunem ecuația de bază a teoriei cinetice moleculare a gazelor sub următoarea formă: p=2/3nE.
În plus, știm cu toții că expresia m(0)n poate fi scrisă ca produs a doi câte:
m/NN/V=m/V=ρ.
După aceste manipulări, ne putem rescrie formula pentru ecuația teoriei cinetice moleculare a unui gaz ideal într-o a treia formă diferită:
p=1/3ρv^2.
Ei bine, poate că asta este tot ce trebuie să știți despre acest subiect. Rămâne doar sistematizarea cunoștințelor dobândite sub formă de concluzii scurte (și nu așa).
Toate concluziile generale și formulele pe tema „Teoria molecular-cinetică”
Deci să începem.
Primul:
Fizica este o știință fundamentală inclusă în cursul științelor naturii, care studiază proprietățile materiei și energiei, structura lor, modele de natură anorganică.
Include următoarele secțiuni:
- mecanică (cinematică și dinamică);
- static;
- termodinamică;
- electrodinamică;
- secțiune moleculară;
- optic;
- fizica cuanticelor și a nucleului atomic.
Secund:
Fizica particulelor și termodinamica sunt ramuri strâns legate care studiază componenta exclusiv macroscopică a numărului total de sisteme fizice, adică sisteme formate dintr-un număr imens de particule elementare.
Se bazează pe teoria cinetică moleculară.
Al treilea:
Numărul problemei este acesta. Teoria cinetică moleculară descrie în detaliu structura unei substanțe (mai adesea structura gazelor decât a solidelor).și corpuri lichide), pe baza a trei ipoteze fundamentale care au fost colectate din ipotezele unor oameni de știință proeminenți. Printre aceștia: Robert Hooke, Isaac Newton, Daniel Bernoulli, Mihail Lomonosov și mulți alții.
Al patrulea:
Trei principii de bază ale teoriei cinetice moleculare:
- Toate substanțele (indiferent dacă sunt lichide, solide sau gazoase) au o structură complexă formată din particule mai mici: molecule și atomi.
- Toate aceste particule simple sunt în mișcare haotică continuă. Exemplu: mișcare browniană și difuzie.
- Toate moleculele în orice condiții interacționează între ele cu anumite forțe care au o rocă electrică.
Fiecare dintre aceste prevederi ale teoriei cinetice moleculare reprezintă o bază solidă în studiul structurii materiei.
Al cincilea:
Câteva puncte principale ale teoriei moleculare pentru modelul de gaz:
- Toate gazele sunt formate din particule elementare care nu au o anumită dimensiune, dar au o anumită masă. Cu alte cuvinte, volumul acestor particule este minim în comparație cu distanțele dintre ele.
- Atomii și moleculele de gaze practic nu au energie potențială, respectiv, energia lor totală este egală cu cea cinetică.
- Ne-am familiarizat deja cu această poziție mai devreme - mișcarea browniană. Adică, particulele de gaz sunt întotdeauna în mișcare continuă și aleatorie.
- Absolut toate ciocnirile reciproce ale atomilor și moleculelor de gaze, însoțite de mesajul vitezei și energiei, sunt complet elastice. Aceasta esteînseamnă că nu există pierderi de energie sau s alturi bruște ale energiei lor cinetice în timpul unei coliziuni.
- În condiții normale și temperatură constantă, energia cinetică medie a aproape toate gazele este aceeași.
Al șaselea:
Concluzii din teoria gazelor:
- Temperatura absolută este o măsură a energiei cinetice medii a atomilor și moleculelor sale.
- Când două gaze diferite sunt la aceeași temperatură, moleculele lor au aceeași energie cinetică medie.
- Energia cinetică medie a particulelor de gaz este direct proporțională cu viteza pătratică medie: E=1/2mv^2.
- Deși moleculele de gaz au o energie cinetică medie și, respectiv, o viteză medie, particulele individuale se mișcă la viteze diferite: unele rapide, altele lente.
- Cu cât temperatura este mai mare, cu atât viteza moleculelor este mai mare.
- De câte ori creștem temperatura gazului (de exemplu, dublu), și energia cinetică medie a particulelor sale crește de atâtea ori (respectiv, se dublează).
- Relația dintre presiunea unui gaz pe pereții vasului în care se află și intensitatea impactului moleculelor asupra acestor pereți este direct proporțională: cu cât mai multe impacturi, cu atât presiunea este mai mare și invers..
Seventh:
Un model cu gaz ideal este un model în care trebuie îndeplinite următoarele condiții:
- Moleculele de gaz pot și sunt considerate bile perfect elastice.
- Aceste mingi pot interacționa între ele și cu pereții oricărornavă într-un singur caz - ciocnire absolut elastică.
- Acele forțe care descriu forța reciprocă dintre atomi și moleculele unui gaz sunt absente sau pot fi de fapt neglijate.
- Atomii și moleculele sunt considerate puncte materiale, adică volumul lor poate fi de asemenea neglijat.
Al optulea:
Să dăm toate ecuațiile de bază și să arătăm formulele din subiectul „Teoria molecular-cinetică”:
p=1/3m(0)nv^2 - ecuația de bază pentru modelul gazului ideal, derivată de fizicianul german Rudolf Clausius.
p=2/3nE - ecuația de bază a teoriei molecular-cinetice a unui gaz ideal. Derivat din energia cinetică medie a moleculelor.
р=1/3ρv^2 - aceeași ecuație, dar considerată prin densitatea și viteza pătrată medie a moleculelor de gaz ideal.
m(0)=M/N(a) - formula pentru găsirea masei unei molecule prin numărul Avogadro.
v^2=(v(1)+v(2)+v(3)+…)/N - formula pentru determinarea vitezei pătrate medii a moleculelor, unde v(1), v(2), v (3) și așa mai departe - viteza primei molecule, a doua, a treia și așa mai departe până la a n-a moleculă.
n=N/V - formulă pentru găsirea concentrației de molecule, unde N este numărul de molecule dintr-un volum de gaz la un volum dat V.
E=mv^2/2=3/2kT - formule pentru găsirea energiei cinetice medii a moleculelor, unde v^2 este viteza pătrată medie a moleculelor, k este o constantă valoare numită după austriac fizica lui Ludwig Boltzmann, iar T este temperatura gazului.
p=nkT - formula de presiune în termeni de concentrație, constantăBoltzmann și temperatura absolută T. Din aceasta rezultă o altă formulă fundamentală, descoperită de omul de știință rus Mendeleev și de fizicianul-inginer francez Claiperon:
pV=m/MRT, unde R=kN(a) este constanta universală pentru gaze.
Acum, haideți să arătăm constante pentru diferite izo-procese: izobare, izocorice, izoterme și adiabatice.
pV/T=const - efectuat atunci când masa și compoziția gazului sunt constante.
рV=const - dacă și temperatura este constantă.
V/T=const - dacă presiunea gazului este constantă.
p/T=const - dacă volumul este constant.
Poate că asta este tot ce trebuie să știți despre acest subiect.
Astăzi ne-am cufundat într-un domeniu științific precum fizica teoretică, multiplele sale secțiuni și blocuri. Mai detaliat, am atins o astfel de zonă a fizicii precum fizica moleculară fundamentală și termodinamica, și anume teoria cinetică moleculară, care, se pare, nu prezintă dificultăți în studiul inițial, dar de fapt are multe capcane.. Ne extinde înțelegerea modelului de gaz ideal, pe care l-am studiat și în detaliu. În plus, este de remarcat faptul că ne-am familiarizat și cu ecuațiile de bază ale teoriei moleculare în diferitele lor variații și, de asemenea, am luat în considerare toate formulele cele mai necesare pentru găsirea anumitor cantități necunoscute pe această temă. Acest lucru va fi util în special atunci când ne pregătim pentru a scrie orice teste, examene și teste sau pentru a extinde perspectivele generale și cunoștințele de fizică.
Sperăm că acest articol v-a fost util și ați extras din el doar cele mai necesare informații, întărindu-vă cunoștințele în astfel de piloni ai termodinamicii precum prevederile de bază ale teoriei cinetice moleculare.
