Основные положения молекулярно-кинетической теории вещества. Газы, жидкости и твердые тела. Статистический и термодинамический методы исследования.

Стр 1 из 6Следующая ⇒

Основные положения молекулярно-кинетической теории вещества:

-Все тела состоят из частиц;

-Частицы находятся в беспорядочном движении;

-Движение никогда не прекращается;

-Частицы взаимодействуют между собой (притягиваются или отталкиваются).

Идеальный газ – газ, взаимодействием частиц которого можно пренебречь, а объем стремится к 0.

Жи́ дкость — одно из агрегатных состояний вещества, оно способно менять форму неограниченное число раз под действием напряжений.

Твёрдое тело —это одно из четырёх агрегатных состояний вещества, отличающееся от других агрегатных состояний (жидкости, газов, плазмы) стабильностью формы и характером теплового движения атомов, совершающих малые колебания около положений равновесия.

Статистический и термодинамический метод исследования используется в молекулярной физике и термодинамике.

Статистический метод основан на том, что свойства макроскопической системы в конечном счете определяются свойствами частиц системы, особенностями их движения и усредненными значениями динамических характеристик этих частиц (скорости, энергии и т.п.). Вероятностный метод.

Статистические параметры:

n-концентрация; m_o – масса одной молекулы; U- средняя скорость; ω – средняя кинетическая энергия движения частиц.

Термодинамический метод не рассматривает микропроцессы, которые лежат в основе этих превращений. Предусматривает характеристику системы как единое целое.
p-давление; T-температура; ρ -плотность; V-объем; m-масса ядра.

Термодинамические параметры. Состояние термодинамического равновесия. Уравнения состояния термодинамической системы.

Термодинамическая система – система одного или нескольких тел, способных обмениваться энергией или веществом между собой. Система находится в равновесии если параметры во всех её точках остаются постоянными.

Термодинамический процесс – процесс, при котором в системе меняется хотя бы 1 параметр.

Термодинамические параметры – совокупность физических величин, характеризующих свойства термодинамической системы (температура, давление, удельный объем).

p-давление; T-температура; ρ -плотность; V-объем; m-масса ядра.

Температура – физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы.
Удельный объем – объем единицы массы.

Давле́ ние — физическая величина, равная силе, действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности.

Уравнение состояния идеального газа:

R = 8, 31 Дж/моль*К, - количество вещества

n – концентрация в единицы объема, k=1, 38*10^-23 Дж/К – Постоянная Боцмана.

Тепловое излучение. Энергетическая светимость. Спектральная плотность энергетической светимости. Спектральная поглощательная способность. Понятие АЧТ.

Тепловое излучение – электромаг излучение, испускаемое вещ-вом за счет его внутр. энергии. При тепл. равновесии t тела сохраняется.Хар-ки ТИ: 1) Энергетич. светимость – энергия ЭМВ всевозможных частот, излучаемая за ед.времени с ед площади поверхноститела.

2)Cпектрал. плотность Э.Св.( . Определяется отношением энергии с ед. времени с ед площади поверхности в интервале частном от до +d к излучению этого излучения ; 3)Спектр. поглощат способность – какая доля энергии с частотами от до +d падающих на поверхность тела поглощается им ( -поглощат. сп-сть) . [ =1 . АЧТ- тело способное поглощать при любой t все падающие на него излучения любой частоты. ; Серые тела – тела, поглощательная способность которых < , но одинаковы для всех частот и зависят только от tматериала о сос-ий поверхности тела.

Формулы Рэлея-Джинса и Вина для излучения АЧТ. Гипотеза Планка

Закон Рэлея — Джинса

Попытка описать излучение абсолютно чёрного тела исходя из классических принципов термодин и электродин приводит к закону Рэлея-Джинса:

Эта формула предполагает квадратичное возрастание спектральной плотности излучения в зависимости от его частоты. закон излучения Рэлея — Джинса справедлив для длинноволновой области спектра и адекватно описывает характер излучения.

Формула Вина

где u_ν — плотность энергии излучения,

ν — частота излучения,

T — температура излучающего тела,

f — функция, зависящая только от частоты и температуры. Вид этой функции невозможно установить, исходя только из термодинамических соображений.

Первая формула Вина справедлива для всех частот.

Гипотеза Пла́ нка — при тепловом излучении энергия испускается и поглощается не непрерывно, а отдельными квантами (порциями). Каждая такая порция-квант имеет энергию , пропорциональной частоте ν излучения: , где h или - коэффициент пропорциональности, названный впоследствии постоянной Планка.Интенсивность излучения абсолютно чёрного тела в зависимости от температуры и частоты определяется законом Планка: где — мощность излучения на единицу площади излучающей поверхности в единичном интервале частот в перпендикулярном направлении на единицу телесного угла

Модели атома. Модель Томсона. Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома.

А́ том — наименьшая химически неделимая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств^[1]. Атом состоит из атомного ядра и электронов. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целом оказывается электрически нейтральным.

Модель атома Томсона (модель «Пудинг с изюмом»). Дж. Дж. Томсон предложил рассматривать атом как некоторое положительно заряженное тело с заключёнными внутри него электронами.

Планетарная модель атома Бора-Резерфорда. В 1911 году^[3] Эрнест Резерфорд, проделав ряд экспериментов, пришёл к выводу, что атом представляет собой подобие планетной системы, в которой электроны движутся по орбитам вокруг расположенного в центре атома тяжёлого положительно заряженного ядра («модель атома Резерфорда»). Масса электронов в несколько тысяч раз меньше массы атомов. Так как атом в целом нейтрален, то, следовательно, основная масса атома приходится на его положительно заряженную часть.

Для экспериментального исследования распределения положительного заряда, а значит, и массы внутри атома Резерфорд предложил в 1906 г. применить зондирование атома с помощью α -частиц. Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжелых элементов. Электроны вследствие своей малой массы не могут заметно изменить траекторию α -частицы. Рассеяние (изменение направления движения) α -частиц может вызвать только положительно заряженная часть атома. Таким образом, по рассеянию α -частиц можно определить характер распределения положительного заряда и массы внутри атома. Радиоактивный препарат, например радий, помещался внутри свинцового цилиндра, вдоль которого был высверлен узкий канал. Пучок α -частиц из канала падал на тонкую фольгу из исследуемого материала. После рассеяния α -частицы попадали на полупрозрачный экран, покрытый сульфидом цинка. Столкновение каждой частицы с экраном сопровождалось вспышкой света (сцинтилляцией), которую можно было наблюдать в микроскоп.

28. Постулаты Бора. Спектр излучения атома водорода по Бору. Люминесценция. Постулаты Бора — основные допущения, сформулированные Бором для объяснения закономерности линейчатого спектра атома водорода.

1)Атом может находиться только в особенных стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых отвечает определенная энергия. В стационарном состоянии атом не излучает электромагнитных волн.

2)Электрон в атоме, не теряя энергии, двигается по определённым дискретным круговым орбитам, для которых момент импульса квантуется: , где — натуральные числа, а — постоянная Планка. Пребывание электрона на орбите определяет энергию этих стационарных состояний.

3)При переходе электрона с орбиты (энергетический уровень) на орбиту излучается или поглощается квант энергии , где — энергетические уровни, между которыми осуществляется переход. При переходе с верхнего уровня на нижний энергия излучается, при переходе с нижнего на верхний — поглощается.Используя данные постулаты и законы классической механики, Бор предложил модель атома, ныне именуемую Боровской моделью атома.

Именно Бор получил для спектра водорода формулу:

Люминесце́ нция - нетепловое свечение вещества, происходящее после поглощения им энергии возбуждения. Будем называть люминесценцией избыток над температурным излучением тела в том случае, если это избыточное излучение обладает конечной длительностью примерно 10^{− 10} секунд и больше». Таково каноническое определение люминесценции. Это значит, что яркость люминесцирующего объекта в спектральном диапазоне волн его излучения существенно больше, чем яркость абсолютно чёрного тела в этом же спектральном диапазоне, имеющего ту же температуру, что и люминесцирующее тело.Физическая природа люминесценции состоит в излучательных переходах электронов атомов или молекул из возбуждённого состояния в основное. В настоящее время оно применяется к излучению в инфракрасном, видимом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах (см. шкала электромагнитных волн).

Движение свободной частицы.

Свободная частица — частица, движущаяся в отсутствие внешних полей. Так как на свободную частицу (пусть она движется вдоль оси х) силы не действуют, то потенциальная энергия частицы U(x) = const и ее можно принять равной нулю. Тогда полная энергия частицы совпадает с ее кинетической энергией. В таком случае уравнение Шредингера для стационарных состояний примет вид: (1).

Прямой подстановкой можно убедиться в том, что частным решением уравнения (1) является функция y(х) = Ае^ikx, где А = const и k = const, с собственным значением энергии (2).

Функция представляет собой только координатную часть волновой функции Y(x, t). Поэтому зависящая от времени волновая функция (3), (здесь и ). Функция (3) представляет собой плоскую монохроматическую волну де Бройля.

Из выражения (2) следует, что зависимость энергии от импульса оказывается обычной для нерелятивистских частиц. Следовательно, энергия свободной частицы может принимать любые значения (так как волновое число k может принимать любые положительные значения), т. е. ее энергетический спектр является непрерывным.

Таким образом, свободная квантовая частица описывается плоской монохроматической волной де Бройля. Этому соответствует не зависящая от времени плотность вероятности обнаружения частицы в данной точке пространства |Y|²=YY*=|A|², т. е. все положения свободной частицы в пространстве являются равновероятными.

Слабое взаимодействие

Это взаимодействие является наиболее слабым из фундаментальных взаимодействий, экспериментально наблюдаемых в распадах элементарных частиц, где принципиально существенными являются квантовые эффекты. Напомним, что квантовые проявления гравитационного взаимодействия никогда не наблюдались. Слабое взаимодействие выделяется с помощью следующего правила: если в процессе взаимодействия участвует элементарная частица, называемая нейтрино (или антинейтрино), то данное взаимодействие является слабым.
Слабое взаимодействие гораздо интенсивнее гравитационного.

Сильное взаимодействие
Сильное взаимодействие ответственно за устойчивость атомных ядер. Поскольку атомные ядра большинства химических элементов стабильны, то ясно, что взаимодействие, которое удерживает их от распада, должно быть достаточно сильным. Хорошо известно, что ядра состоят из протонов и нейтронов. Чтобы положительно заряженные протоны не разлетелись в разные стороны, необходимо наличие сил притяжения между ними, превосходящих силы электростатического отталкивания. Именно сильное взаимодействие является ответственным за эти силы притяжения.
Характерной чертой сильного взаимодействия является его зарядовая независимость. Ядерные силы притяжения между протонами, между нейтронами и между протоном и нейтроном по существу одинаковы. Отсюда следует, что с точки зрения сильных взаимодействий протон и нейтрон неотличимы и для них используется единый термин нуклон, то есть частица ядра.

Элемента́ рная части́ ца — собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части.Следует иметь в виду, что некоторые элементарные частицы (электрон, фотон, кварки и т. д.) на данный момент считаются бесструктурными и рассматриваются как первичные фундаментальные частицы. Другие элементарные частицы (так называемые составные частицы — протон, нейтрон и т. д.) имеют сложную внутреннюю структуру, но, тем не менее, по современным представлениям, разделить их на части невозможно

Классификация

По величине спина

Все элементарные частицы делятся на два класса:

1)бозоны — частицы с целым спином (например, фотон).

2)фермионы — частицы с полуцелым спином (например, электрон, протон, нейтрон);

По видам взаимодействий

Элементарные частицы делятся на следующие группы:

Составные частицы