Подготовка к вступительным экзаменам в МГУ. Физика - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
совершают перескоки из одного положения равновесия в соседнее. Эти
перескоки являются причиной текучести жидкости, ее способности принимать
форму сосуда. В газах расстояния между молекулами в среднем значительно
больше размеров молекул. Силы отталкивания на больших расстояниях малы,
поэтому газы легко сжимаются. Практически отсутствуют между молекулами
газа и силы притяжения,
96
Основы молекулярно-кинетической теории
поэтому газы обладают свойством неограниченно расширяться.
Тепловое равновесие. На основании многочисленных экспериментов
установлено очень важное свойство тепловых явлений: тело или система тел
при неизменных внешних условиях самопроизвольно переходит в состояние
теплового равновесия. Тепловым, гти термодинамическим равновесием
называют такое состояние, при котором все макроскопические параметры
системы сколь угодно долго остаются постоянными. Это означает, что не
меняются объем и давление, не происходит теплообмен (передача энергии)
между частями системы, отсутствуют взаимные превращения газов, жидкостей,
твердых тел и т.д. Но микроскопические процессы (движение молекул, их
столкновения, обмен скоростями) в системе не прекращаются и при тепловом
равновесии
Температура и ее физический смысл. Физический параметр, одинаковый во
всех частях системы тел, находящихся в состоянии теплового равновесия,
называется температурой. Если при контакте двух тел никакие их физические
параметры не изменяются, то между телами нет теплообмена и температура
тел одинакова.
Способы измерения температуры основываются на следующем утверждении,
которое является обобщением многочисленных экспериментальных данных: Если
тело А находится в тепловом равновесии с телом С, а тело В тоже находится
в тепловом равновесии с телом С, то тела А и В также находятся в
состоянии теплового равновесия. Это дает возможность сравнивать состояния
теплового равновесия тел, не приводя их в непосредственный контакт.
Шкала температур Цельсия. Для измерения температуры можно воспользоваться
зависимостями любой макроскопической величины от температуры, а именно,
объема, давления, электрического сопротивления и т.д. На практике чаще
всего используют зависимость объема жидкости (ртути или спирта) от
температуры. По шкале Цельсия за начало отсчета (0) принимают температуру
тающего льда; второй постоянной точкой (100) считают температуру кипения
воды при нормальном атмосферном давлении. Шкалу ме-
Определения, понятия и законы
97
жду точками 0 и 100 делят на 100 равных частей, называемых градусами (1°
С). Перемещение столбика жидкости на одно деление соответствует изменению
температуры на 1° С.
Идеальный газ. Для объяснения свойств вещества в газообразном состоянии
используется модель идеального газа. В этой модели предполагается, что
молекулы обладают пренебрежимо малым объемом по сравнению с объемом
сосуда, между молекулами не действуют силы притяжения, при соударениях
молекул друг с другом и со стенками сосуда действуют силы отталкивания.
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Одним
из самых важных успехов молекулярнокинетической теории явилось
количественное объяснение давления газа на стенки сосуда. Основное
уравнение молекулярнокинетической теории идеального газа было выведено в
предположении, что молекулы газа при столкновениях со стенками сосуда
взаимодействуют с ними по законам механики как упругие тела. Согласно
этому уравнению,
где р - давление газа, п - концентрация молекул (число молекул
квадрата скорости молекул. Обозначив через Е среднюю кинетическую энергию
поступательного движения молекул газа
уравнение (2.1.2) можно записать в эквивалентной форме
p = -nrr^v- ,
(2.1.2)
в единице объема), п% - масса молекулы, v2 - среднее значение
(2.1.4)
Средняя кинетическая энергия молекул и температура. Основное уравнение
молекулярно-кинетической теории идеального
98
Основы молекулярно-кинетической теории
газа устанавливает связь макроскопического параметра - давления
- с микроскопическими параметрами газа - средней кинетической
энергией и концентрацией молекул. Но, измерив только давление газа, мы не
можем в отдельности узнать ни среднее значение кинетической энергии
молекул, ни их концентрацию. Для нахождения микроскопических параметров
газа нужны измерения еще одной физической величины, как-то связанной со
средней кинетической энергией молекул. Такой величиной является
температура.
Для установления этой связи используется известный из экспериментов факт,
что для большинства разреженных газов, находящихся в состоянии теплового
равновесия, отношение произведения давления газа на его объем к числу
молекул является одинаковым:
Этот опытный факт позволяет принять величину 0 в качестве
N
естественной меры температуры. Так как п =- , то с учетом (2.1.4)
Следовательно, средняя кинетическая энергия молекул любых газов,
находящихся в тепловом равновесии, одинакова. Величина 0 равна двум
третям средней кинетической энергии теплового движения молекул газа и
