В помощь поступающим в вузы. Физика. Молекулярная физика. Тепловые явления. Электричество и магнетизм - Демков В.П.
Скачать (прямая ссылка):
например, относительная молекулярная масса молекулы воды равна ц'н 0 = 2
-Ан + А0 и 2-1 + 16=18 а.е.м.
Для нахождения массы молекулы т0 в килограммах нужно ее относительную
молекулярную массу ц' умножить на тед = 1,66-10'27 кг, то есть
то = И' "ед- (п-3)
В молекулярной физике удобно использовать понятие количества вещества.
Единица количества вещества называется молем. По определению моль любого
вещества - это такое количество вещества, которое содержит столько же
молекул (или атомов, если вещество состоит из одноатомных молекул),
5
сколько их содержится в 0,012 кг углерода 6Сп. Из определения моля
следует, что моль любого вещества состоит из одинакового числа молекул.
Это число называется числом Авогадро NK и равно
N _ 0,012 [кг]
А тГп ' б'"'
где тг 12 = ц'г12 т."- масса атома в килограммах, а ц'^12 =12 а.е.м.
Следовательно, 6 6
NА = = - = 10 3 27 = 6,02-1023 [-^-]. (П.4)
12 т№ теЛ 1,66-Ю"27 '•моль-1
Масса одного моля вещества называется его молярной массой ц [кг/моль].
Ясно, что
И = "*о#а-
Используя (II.3) и (II.4), получим
li = li'm№NA = n'm№ - =10-3ц'[^^]. (П.5)
ед а г- ед г- l модь j
Например, молярная масса воды = Ю^ц'^ = 0,018 кг/моль, а молярная масса
углерода 0,012 кг/моль. Если какое-либо тело имеет массу т [кг], то
говорят, что в этом теле находится v = m/\i количества вещества. Число
молекул в т [кг] вещества
N=v Na = ^Na. (II.6)
С помощью (II.6) легко проверить более раннее утверждение о количестве
молекул в одном грамме воды.
Между молекулами вещества существуют силы взаимодействия: на больших
расстояниях друг от друга молекулы притягиваются, а при сближении они
отталкиваются. Эти силы, несмотря на то, что каждая молекула электрически
нейтральна, имеют в основном электрическое происхождение. Само
существование трех различных агрегатных состояний вещества - твердого,
жидкого и газообразного - указывает на существование межмолекулярных сил.
В твердом и жидком состояниях молекулы притягиваются друг к другу
настолько, что тела сохраняют свой объем, а в случае твердого тела - еще
и форму. В газообразном состоянии силы взаимодействия значительно меньше,
так что газ заполняет весь предоставленный ему объем. Этот последний факт
указывает еще на одну очень важную особенность частиц любого вещества:
молекулы вещества находятся в постоянном движении. Характерной
особенностью этих движений является их полная беспорядочность,
хаотичность. Это хаотическое движение молекул носит название теплового
движения. В твердых телах молекулы тоже совершают хаотическое тепловое
движение, состоящее из непрерывных беспорядочных колебаний молекул около
своих поло-
6
жений равновесия, образующих в твердых телах правильную кристаллическую
решетку. В хаотическом тепловом движении молекул заключена природа
теплоты и тепловых явлений.
Если привести в соприкосновение два тела, то молекулы этих тел,
сталкиваясь между собой, будут передавать друг другу энергию. Тело,
которое при этом теряет энергию, называют более нагретым, а тело, к
которому энергия переходит, - менее нагретым. Как показывает опыт, такой
переход энергии продолжается до тех пор, пока не установится некоторое
состояние, в котором тела могут находиться сколь угодно долго. Это
состояние называют состоянием теплового равновесия.
Для характеристики степени нагретости тел служит понятие температуры. В
физике в качестве температурной шкалы пользуются так называемой
абсолютной шкалой (шкалой Кельвина), глубоко связанной с наиболее общими
тепловыми свойствами всех тел.
Ясно, что физическое определение температуры должно основываться на такой
физической величине, которая становится одинаковой для двух любых тел,
находящихся в состоянии теплового равновесия друг с другом. Оказывается,
что этим замечательным свойством обладает средняя кинетическая энергия
поступательного движения частиц (молекул или атомов) тела. По этой
причине средняя кинетическая энергия поступательного движения частиц
внутри любого тела . .
<тои ^ _ 1 ? тои;
2 Ni=i 2
(где т0 - масса частицы, и, - скорость г - ой частицы и N- число частиц в
теле) может быть выбрана для определения величины температуры. По
определению абсолютная температура Т в кельвинах:
Т=~------1------- [К], (П.7)
где к = 1,38-10"23 Дж/К - коэффициент, переводящий энергию в джоулях [Дж]
в кельвины [К], называется постоянной Больцмана.
Из (II.7) следует, что в состоянии теплового равновесия при температуре
Т средняя энергия поступательного движения молекулы вещества
,тп о2 з <-у-> = |*Г. (II.8)
Следует отметить, что формула (II.8) справедлива не только для молекул
вещества, но и для частиц больших, макроскопических масштабов, например,
мелких пылинок, взвешенных в жидкости, которые можно наблюдать через
микроскоп (так называемое броуновское движение).
Для характеристики скорости теплового движения частиц можно
воспользоваться квадратным корнем из входящей в определение температуры
7
величины < о2>; его обычно называют тепловой от или среднеквадратичной
