Физика. Теория. Методика. Задачи - Демков В.П.
Скачать (прямая ссылка):
выложенной из бетонных неплотно пригнанных плит длиной / = 10 м каждая.
Оценить скорость автомобиля, при которой прицеп будет "подпрыгивать" на
стыках наиболее сильно. Масса прицепа т = 100 кг, жесткость пружин
амортизаторов каждого из его колес Л = 5103 Н/м.
ГЛАВА II
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА.
ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Любое вещество состоит из огромного числа мельчайших частиц, сохраняющих
все химические свойства данного вещества. Эти мельчайшие частицы
называются молекулами. Сами молекулы могут состоять из более простых
частиц - атомов. Например, молекула воды Н20 состоит из трех атомов:
одного атома кислорода и двух атомов водорода. Если различного вида
молекул известно огромное число (миллионы), то различных атомов совсем
немного. В настоящее время известно 105 различных видов атомов, причем в
природе их встречается 88, а 17 получено искусственным путем. Это атомы
так называемых химических элементов. Размеры молекул и составляющих их
атомов чрезвычайно малы: если представить их в виде шариков, то их радиус
имеет численное значение порядка Ю'10 м. Зато число частиц в веществе
очень велико. В одном грамме воды, например, содержится 3,3-1022 молекул.
Массы атомов и молекул тоже малы, поэтому их удобнее измерять не в
килограммах, а в специальных единицах. Эта единица называется атомной
единицей массы [а.е.м.]. По определению,
1 а.е.м. = тел [кг] = Vi2 • (масса атома изотопа углерода '/С). (II.
1) Согласно современным измерениям
1 а.е.м. =тел* 1,66-10'27 кг. (II.2)
Масса атома, выраженная в [а.е.м.], называется относительной атомной
массой А. Относительные атомные массы химических элементов приведены в
таблице Д. И. Менделеева. Так, например, для водорода Ан= 1,0079, для
кислорода А0= 15,9994, а для изотопа углерода *62С относительная атомная
масса равна точно 12. Масса молекулы, выраженная в [а.е.м], называется
относительной молекулярной массой р.', которая, очевидно, равна сумме
относительных атомных масс атомов, составляющих данную молекулу. Так,
например, относительная молекулярная масса молекулы воды равна
Нн20 = 2 -Ан + А01" 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, т.е.
то = И' тед- (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 276
содержит столько же молекул (или атомов, если вещество состоит из
одноатомных молекул), сколько их содержится в 0,012 кг углерода g2C. Из
определения моля следует, что моль любого вещества состоит из одинакового
числа молекул. Это число называется числом Авогадро NA и
р- " .мим
А >
А т\2Г
где m\2Q= Ц|2Сотед- масса атома в килограммах, а цЬс= ^ а.е.м.
Следовательно,
ЛГ =-М12- = Ж_ = to = 6,02-1 о23 [ -]. (И.4)
А 12 тед теа 1,66-10-27 моль
Масса одного моля вещества называется его малярной массой ц [кг/моль].
Ясно, что
Ц = Щ Na.
Используя (И.З) и (II.4), получим
ц = ц' теаNa = ц' теа = 10"3 ц' [ КГ ¦ ]. (II.5)
г* г ед а г ед п, г* l M0JIb j
Например, молярная масса воды цн2о = 10"3цн2о= 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 = т/ц количества вещества. Число
молекул в т [кг] вещества
N -v NA = - Na. (II.6)
ц
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 положений равновесия, образующих в твердых телах правильную
кристаллическую
277
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,
