Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Лекция 5 Основы молекулярной физики и термодинамики



План:

1. Уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов. Уравнение Клапейрона-Менделеева. Молекулярное толкование термодинамической температуры.

2. Внутренняя энергия идеального газа. Работа газа при изменении его объема. Количество теплоты. Теплоемкость. Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам и адиабатическому процессу идеального газа.

Тезисы

1. Молекулярная фи­зика и термодинамика — разделы физики, в которых изучаются макроскопические процессы в телах, связанные с огромным числом содержащихся в телах атомов и молекул. Для исследования этих про­цессов применяют два качественно раз­личных и взаимно дополняющих друг дру­га метода: статистический (молекулярно-кинетический) и термодинамический. Пер­вый лежит в основе молекулярной физики, второй — термодинамики. Молекулярная физика — раздел физи­ки, изучающий строение и свойства ве­щества исходя из молекулярно-кинетических представлений, основывающихся на том, что все тела состоят из молекул, находящихся в непрерывном хаотическом движении.

Молярная масса (масса 1 моль вещества) Молярный объем Количество вещества Концентрация (количество молекул в 1м3) ,

Постоянная Авогадро: nа = 6 • 1023 моль-1 (число молекул в 1 моле вещества)

Молярная газовая постоянная (универсальная): R = p0V0/T0 = 8,31 Дж / (моль•К)

Постоянная Больцмана (универсальная): k = R / NА = 1,38 • 10-23 Дж / К

Число Лошмидта: NL = p0 / (kT0) = 2,68 • 1025 м-3 (число молекул, содержащихся в 1 м3 газа при н.у.)

Законы, описывающие поведение идеальных газов (газовые законы)

1. Закон Бойля — Мариотта: для дан­ной массы газа при постоянной температу­ре произведение давления газа на его объем есть величина постоянная: pV = const при Т = const, m = const

2. Закон Гей-Люссака для изобарного процесса: объем дан­ной массы газа при постоянном давлении изменяется линейно с температурой: V=V0 ( 1+a t ) при p = const, m = const или V1 / V2 = T1 / T2 при p = const, m = const, где V0 – объем при 00С,

3. Закон Гей-Люссака для изохорного процесса: давление данной массы газа при по­стоянном объеме изменяется линейно с температурой: p = p0 ( 1+a t ) при V = const, m = const или р1 / р2 = T 1/ T2 при V = const, m = const , где p0 – объем при 00С,

4. Закон Авогадро: моли любых газов при одинаковых температуре и давлении занимают одинаковые объемы. При нор­мальных условиях (сокращенно: при н.у.) (р0 = 105 Па, T0 = 273 K) этот объем равен 22,41 • 10-3 м3/моль.

5. Закон Дальтона: давление смеси идеальных газов равно сумме парциаль­ных давлений входящих в нее газов: p = p1 + p2 + ... + pn , где p1,p2, ..., pn — парциальные давле­ния — давления, которые оказывали бы газы смеси, если бы они одни занимали объем, равный объему смеси при той же температуре.

 

Уравнение Клапейрона (уравнение состояния идеального газа) Уравнение Клапейрона-Менделеева или или или

Основное уравнение кинетической теории газов

Кинетическая теория газов основана на следующих общих положениях классической статистической физики: в системе выполняются законы сохранения импульса, момента импульса, энергии, электрического заряда; предполагается возможность отличать друг от друга тождественные частицы; все физические процессы в системе протекают в пространстве и времени непрерывно; каждая частица системы может иметь произвольные значения координат и компонент скорости независимо от того, каковы значения этих характеристик у других.

Основное уравнение кинетической теории газов Средняя кинетическая энергия посту­пательного движения одной молекулы Число степеней свободы молекулы – это число независимых переменных, полностью определяющих положение системы в пространстве. Обозначение: I . Для одноатомного газа (гелий, водород): i = 3, двухатомного (кислород, азот): i = 5, многоатомного (углекислый газ, атмосферный воздух): i = 6. На каждую степень свободы молекулы приходится оди­наковая энергия

Закон Больцмана о равномер­ном распределении энергии по степеням свободы молекул: для статистической системы, находящейся в состоянии термо­динамического равновесия, на каждую по­ступательную и вращательную степени свободы приходится в среднем кинетиче­ская энергия, равная kT / 2, а на каждую колебательную степень свободы — в сред­нем энергия, равная kT. Колебательная степень «обладает» вдвое большей энер­гией потому, что на нее приходится не только кинетическая энергия (как в слу­чае поступательного и вращательного дви­жений), но и потенциальная, причем сред­ние значения кинетической и потенциальной энергий одинаковы. Таким образом, средняя энергия молекулы , где i — сумма числа поступатель­ных, числа вращательных и удвоенного числа колебательных степеней свободы молекулы: i = iпост + iвращ + 2 iколеб

 

Внутренняя энергия идеального газа или

Теплоемкость Удельная теплоемкость Молярная теплоемкость Связь между удельной и молярной теплоемкостями

Скорости, характеризующие состояние газа

1. Наиболее вероятная скорость

2. Средняя скорость молекулы

3. Средняя квадратичная скорость молекул

 

Работа А/, совершаемая внешними телами над системой, численно равна и противоположна по знаку работе А, совершаемой самой системой над внешней средой: Полная работа, совершаемая газом при изменении его объема от V1 до V2 определяется площадью, ограниченной осью абсцисс, кривой p = f(V) и прямыми V1 и V2.

Первый закон термодинамики: Теплота, сообщенная системе, идет на приращение внутренней энергии и совершение работы системой над внешними телами , где dU - бесконечно малое изменение внутренней энергии системы, δA - элементарная работа, δQ - бесконечно малое количество теплоты. Первое начало термодинамики для 1 моль газа:

Молярная теплоемкость при постоянном объеме равна изменению внутренней энергии 1 моль газа при повышении его температуры на 1 К

Молярная теплоемкость при постоянном давлении

Уравнение Майера или

Уравнение адиабаты (уравнение Пуассона) Показатель адиабаты, или коэффициент Пуассона Уравнение политропы Показатель политропы (при С = 0, n = g - уравнение адиабаты; при С = ¥, n = 1 - уравнение изотермы; при С = СР, n = 0 - уравнение изобары; при С = Сv, n = ±¥ - уравнение изохоры).

 

Применение первого начала термодинамики к изопроцессам

 






Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-17; Просмотров: 29; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! (0.084 с.) Главная | Обратная связь