МОЛЕКУЛЯРНА ФИЗИКА

ОСНОВИ НА МОЛЕКУЛАРНО-КИНЕТИЧНАТА ТЕОРИЯ

1. Основните положения на молекулярно-кинетичната теория, структурата на материята от гледна точка на MKT.

2. Какво се нарича атом? Молекула?

3. Какво се нарича количество вещество? Каква е нейната единица (определете я)?

4. Какво е моларна маса, наречена моларен обем?

5. Как може да се определи масата на молекулите; размерът на молекулите Каква е приблизителната маса на молекулите и техните размери?

6. Опишете експериментите, потвърждаващи основните положения на MKT.

7. Какво се нарича идеален газ? На какви условия трябва да отговаря? При какви условия истинският газ е близък по свойствата си до него?

8. Запишете формули за средноаритметична скорост, средноквадратична скорост.

9. Какво доказват експериментите с дифузия? Брауново движение? Обяснете ги на базата на MKT

10. Какво доказва експериментът на Стърн? Обяснете на базата на MKT.

11. Изведете и формулирайте основното уравнение на MKT. Какви предположения се използват при извеждането на основното уравнение на MKT.

12. Какво характеризира телесната температура?

13. Формулиране и математически запис на законите на Далтън, Бойл Мариот, Гей Лусак, Чарлз.

14. Каква е физическата същност на абсолютната нулева температура? Запишете връзката между абсолютната температура и температурата по Целзий. Може ли да се достигне абсолютна нула, защо?

15. Как да обясним налягането на газовете от гледна точка на MKT? От какво зависи?

16. Какво показва константата на Авогадро? Каква е неговата стойност?

17. Каква е стойността на универсалната газова константа?

18. Каква е стойността на константата на Болцман?

19. Напишете уравнението на Менделеев-Клапейрон. Какви количества са включени във формулата?

20. Напишете уравнението на Клапейрон. Какви количества са включени във формулата?

21. Какво се нарича парциално налягане на газ?

22. Какво се нарича изопроцес, какви изопроцеси познавате.

23. Понятие, определение, вътрешна енергия на идеален газ.

24. Параметри на газа. Извеждане на единния газов закон.

25. Извеждане на уравнението на Менделеев-Клапейрон.

26. Какво се нарича: моларна маса на веществото, количество на веществото, относителна атомна маса на веществото, плътност, концентрация, абсолютна телесна температура? В какви единици се измерват?

27. Газово налягане. Единици за налягане в SI. Формула. Уреди за измерване на налягане.

28. Опишете и обяснете две температурни скали: термодинамична и практическа.

30. Формулирайте закони, които описват всички видове изопроцеси?

31. Начертайте графика на идеалната плътност на газа спрямо термодинамичната температура за изохорен процес.

32. Начертайте графика на идеалната плътност на газа спрямо термодинамичната температура за изобарен процес.

33. Каква е разликата между уравнението на Клапейрон-Менделеев и уравнението на Клапейрон?

34. Запишете формулата за средната кинетична енергия на идеален газ.

35. Средноквадратична скорост на топлинно движение на молекулите.

36. Средна скорост на хаотичното движение на молекулите.

2. Частиците, които изграждат веществата, се наричат ​​молекули. Частиците, които изграждат молекулите, се наричат ​​атоми.

3. Количеството, което определя броя на молекулите в дадена проба от дадено вещество, се нарича количество вещество. един мол е количеството вещество, което съдържа толкова молекули, колкото въглеродни атоми има в 12 g въглерод.

4. Моларна маса на вещество - масата на един мол вещество (g / mol) Моларен обем - обемът на един мол вещество, стойността, получена чрез разделяне на моларната маса на плътност.

5. Като знаете моларната маса, можете да изчислите масата на една молекула: m0 = m/N = m/vNA = M/NA Диаметърът на една молекула се счита за минималното разстояние, на което им е позволено да се приближат една до друга от отблъскващи сили. Концепцията за размер на молекулата обаче е условна. Средният размер на молекулите е около 10-10 m.

7. Идеален газ е модел на реален газ, който има следните свойства:
Молекулите са незначителни в сравнение със средното разстояние между тях
Молекулите се държат като малки твърди топки: те еластично се сблъскват една с друга и със стените на съда, няма други взаимодействия между тях.

Молекулите са в постоянно хаотично движение. Всички газове при не твърде високо налягане и не твърде ниски температуриблизки по свойствата си до идеален газ. При високи налягания газовите молекули се приближават толкова близо една до друга, че собствените им размери не могат да бъдат пренебрегнати. С понижаването на температурата кинетичната енергия на молекулите намалява и става сравнима с тяхната потенциална енергия; следователно потенциалната енергия не може да бъде пренебрегната при ниски температури.

При високи налягания и ниски температури газът не може да се счита за идеален. Такъв газ се нарича истински.(Поведението на реалния газ се описва от закони, които се различават от тези на идеалния газ.)

Средна квадратична скорост на молекулите - средна квадратна стойност на модула на скоростите на всички молекули от разглежданото количество газ

И ако нарисуваме универсалната газова константа, като и за една моларна маса, тогава ще успеем?

Във формулата използвахме:

Средноквадратична скорост на молекулите

Константа на Болцман

температура

Маса на една молекула

Универсална газова константа

Моларна маса

Количество вещество

Средна кинетична енергия на молекулите

Числото на Авогадро

Средната аритметична скорост на молекулите се определя по формулата

където М -моларна маса на веществото.

9. Брауново движение.Веднъж през 1827 г. английският учен Р. Браун, изучавайки растения с микроскоп, открива много необичайно явление. Спорите, плаващи по водата (малки семена на някои растения), се движеха скокообразно без видима причина. Браун наблюдава това движение (вижте фигурата) в продължение на няколко дни, но не може да изчака то да спре. Браун разбрал, че има работа с феномен, непознат на науката, затова го описал много подробно. Впоследствие физиците нарекоха това явление с името на откривателя - Брауново движение.

Невъзможно е да се обясни брауновото движение, освен ако предполагамче водните молекули са в произволно, безкрайно движение. Те се сблъскват една с друга и с други частици. Срещайки спорите, молекулите предизвикват техните спазматични движения, които Браун наблюдава през микроскоп. И тъй като молекулите не се виждат през микроскоп, движението на спорите изглеждаше на Браун безпричинно.

дифузия

Как да обясним ускоряването на тези явления? Едно обяснение: повишаването на телесната температура води до увеличаване на скоростта на движение на съставните му частици.

И така, какви са изводите от експериментите? Независимото движение на частици от вещества се наблюдава при всяка температура.С повишаването на температурата обаче движението на частиците се ускорява, което води до увеличаване на тяхната кинетична енергия. В резултат на това тези по-"енергични" частици ускоряват процеса на дифузия, брауново движениеи други явления, като разтваряне или изпаряване.

10. Суров опит- експеримент, при който експериментално е измерена скоростта на молекулите. Доказано е, че различните молекули в един газ имат различни скорости и при дадена температура можем да говорим за разпределение на молекулите по скорости и за средната скорост на молекулите.

OKPO 02508493, OGRN 1023402637565, TIN/KPP 3442017140/ 344201001

Изследователска работа

„Определяне на средна квадратична скорост

въздушни молекули"

Завършено:

Студентска група Т-113

Волков Иля Владимирович,

Ръководител:

Учител по физика

Мелникова Олга Павловна

Волгоград, 2014

Съдържание

II. Изчисляване на средноквадратична скорост на молекулите:

Експериментално.

Оборудване: стъклена топка за определяне масата на въздуха, гумена тръба, винтова скоба, везна, помпа, чаша.

Преди началото на експеримента стъклената топка е отворена и налягането на въздуха в топката е равно на атмосферното налягане, което може да се определи с помощта на барометър. С помощта на електронни везни се определя масата на стъклената топка заедно с гумената тръба и винтовата скоба. След това с помощта на помпа е необходимо да изпомпате по-голямата част от въздуха от топката, да определите отново масата на топката и от получените резултати да намерите масата на изпомпания въздух. Тази част от обема на топката, която е била заета от въздух, може да се определи, ако течността се остави да запълни изпомпания обем, за което гумената тръба се спуска в съд с вода и скобата се разхлабва. След това с помощта на чаша се определя обемът на водата в топката. По този начин, знаейки обемаVи масамвъздух, както и първоначалното наляганеП, съгласно формулата (2) е възможно да се определи средната квадратична скорост на молекулите на въздуха.

Работен ред

1. Определете атмосферното налягане на барометъра.

2. С помощта на везни определете масата на топката с въздух, гумена тръба и винтова скоба.

3. Изпомпайте част от въздуха от топката с помпа, затворете гумения маркуч със скоба и отново определете масата на топката с гумена тръба и винтова скоба.

4. Определете масата на въздуха, изпомпван от балона.

5. Поставете края на гумената тръба в съд с вода и разхлабете винтовата скоба. Водата ще запълни частта от обема на топката, която е била заета от евакуирания въздух.

6. Определете обема на водата в топката с помощта на мерителен съд (бехерова чаша).

7. Заместете намерените стойностистр , миVвъв формула (2) и изчислете стойността .

8. Запишете резултатите от измерванията и изчисленията в таблицата:

№ п/н

стр, па

V ,

м, килограма

Госпожица

100641,5

0,05*

0,084

423,9

= = 423,9 m/s.

2 . Използване на класическата формула

Да преброим напр. Средната скоростгазови молекули в класната стая:

T=294K (T=21 ° С), М=0.029 g/mol (таблични стойности). Имайки това предвид, имаме:

= = = 502,7 m/s

Най-често задавани въпроси

Възможно ли е да се направи печат върху документ по предоставен образец? Отговор Да, възможно е. Изпратете сканирано копие или снимка на нашия имейл адрес добро качествои ще направим необходимия дубликат.

Какви видове плащане приемате? Отговор Можете да платите за документа в момента на получаване от куриера, след като проверите правилността на попълване и качеството на дипломата. Това може да стане и в офис на пощенски компании, предлагащи услуги с наложен платеж.
Всички условия за доставка и плащане на документи са описани в раздел "Плащане и доставка". Също така сме готови да изслушаме вашите предложения относно условията за доставка и плащане на документа.

Мога ли да съм сигурен, че след като направя поръчка, няма да изчезнете с парите ми? Отговор Ние имаме доста дългогодишен опит в областта на дипломното производство. Имаме няколко сайта, които се актуализират постоянно. Нашите специалисти работят в различни ъглидържави, изготвяйки над 10 документа на ден. През годините нашите документи са помогнали на много хора да разрешат проблеми с трудовата заетост или да преминат към по-високоплатена работа. Спечелили сме доверие и признание сред клиентите, така че няма абсолютно никаква причина да го правим. Освен това е просто невъзможно да го направите физически: плащате за поръчката си в момента на получаването й в ръцете си, няма предплащане.

Мога ли да поръчам диплома от всеки университет? Отговор Като цяло, да. Ние работим в тази област от почти 12 години. За това време е формирана почти пълна база от документи, издадени от почти всички университети в страната и за различни години на издаване. Всичко, от което се нуждаете, е да изберете университет, специалност, документ и да попълните формуляр за поръчка.

Какво трябва да направя, ако намеря правописни грешки и грешки в документ? Отговор Когато получавате документ от нашата куриерска или пощенска фирма, ви препоръчваме внимателно да проверите всички подробности. При установена печатна грешка, грешка или неточност имате право да не вземете дипломата, като констатираните недостатъци трябва да посочите лично на куриера или писмено чрез изпращане на имейл.
При първа възможност ще коригираме документа и ще го изпратим отново на посочения адрес. Разбира се, доставката ще бъде платена от нашата компания.
За да избегнем подобни недоразумения, преди да попълним оригиналния формуляр, ние изпращаме оформление на бъдещия документ на пощата на клиента за проверка и одобрение на окончателния вариант. Преди да изпратим документа по куриер или по пощата, правим и допълнителна снимка и видео (включително в ултравиолетова светлина), за да имате визуална представа какво ще получите в крайна сметка.

Какво трябва да направите, за да поръчате диплома от вашата фирма? Отговор За да поръчате документ (удостоверение, диплома, академична справка и др.), трябва да попълните онлайн формуляр за поръчка на нашия уебсайт или да предоставите имейла си, за да Ви изпратим анкетна карта, която трябва да попълните и изпратите обратно към нас.
Ако не знаете какво да посочите в някое от полетата на формата за поръчка/въпросника, оставете ги празни. Затова ще уточним цялата липсваща информация по телефона.

Последни отзиви

Виктор:

Много съм доволен от дипломата си. Благодаря ти. Ако все още се научите как да правите паспорти, би било идеално.

Карина:

Днес получих дипломата си. Благодаря за качествената работа. Всички срокове също са спазени. Определено ще ви препоръчам на всички мои приятели.

Средноквадратична скорост на молекулите - средноквадратична стойност на модулите на скоростите на всички молекули на разглежданото количество газ

Таблица със стойности на средната квадратична скорост на молекулите на някои газове

За да разберем откъде получаваме тази формула, извеждаме средната квадратична скорост на молекулите. Извеждането на формулата започва с основното уравнение на молекулярната кинетична теория (MKT):

Когато имаме количеството вещество, за по-лесно доказателство, нека вземем 1 мол вещество за разглеждане, тогава получаваме:

Ако погледнете, тогава PV е две трети от средната кинетична енергия на всички молекули (и взехме 1 мол молекули):

Тогава, ако приравним правилните части, получаваме, че за 1 мол газ средната кинетична енергия ще бъде равна на:

Но средната кинетична енергия също се намира като:

Но сега, ако приравним правилните части и изразим скоростта от тях и вземем на квадрат, числото на Авогадро за молекулна маса, получаваме моларната маса, тогава получаваме формулата за средноквадратична скорост на газова молекула:

И ако нарисуваме универсалната газова константа, като и за една моларна маса, тогава ще успеем?

Във формулата използвахме:

Средноквадратична скорост на молекулите

Константа на Болцман

Примери за решаване на проблеми. 1.3.1. Средноквадратична скорост на някои газови молекули 450 m/s

1.3.1. Средноквадратичната скорост на молекулите на някакъв газ е 450 m/s. Налягане на газа 50 kPa. Намерете плътността на газа при тези условия.

Решение.Средноквадратичната скорост на молекулите на газа е свързана с неговата температура чрез връзката

където R е универсалната газова константа;

m е молекулното тегло на газа;

T е абсолютната температура на газа.

За да определим температурата на газа, използваме уравнението на Менделеев-Клапейрон

където r=m/V е плътността на газа.

Следователно

.

Като заместим числените стойности, имаме

1.3.2. Намерете средния свободен път на молекулите на въздуха при нормални условия. Ефективен диаметър на молекулите на въздуха s=0,3 nm.

Решение.Среден свободен път на газовите молекули

,

където е средноаритметичната скорост на молекулите;

е средният брой сблъсъци на всяка молекула с други молекули за единица време;

s е ефективният диаметър на молекулата;

n е броят на молекулите на единица обем (концентрация на молекули). За да определим броя на молекулите на единица обем, използваме основното уравнение на молекулярно-кинетичната теория за налягането

където k е константата на Болцман;

T е температурата на газа.

Тогава за средния свободен път, който имаме

.

Замествайки числовите стойности, накрая получаваме:

м.

1.3.3. Намерете средния брой сблъсъци за единица време на молекулите на въглеродния диоксид при температура 100 o C, ако средният свободен път =870 цт.

Решение.Броят на сблъсъци на газови молекули за единица време е свързан със средния свободен път чрез връзката

,

където е средната аритметична скорост.

Следователно,

Замествайки числовите стойности, които имаме

1.3.4. При определено налягане и температура 0 o С средния свободен път на кислородните молекули 95 nm. Намерете средния брой сблъсъци за единица време на кислородни молекули, ако налягането на кислорода е намалено 100 пъти.

Решение.Среден брой сблъсъци за единица време

,

където =(8RT/pm) 1/2 – средноаритметична скорост на газовите молекули;

е средният свободен път на молекулите.

Когато налягането на газа се промени, средният свободен път е обратно пропорционален на налягането:

,

където l 1 , l 2 - средният свободен път на газовите молекули при съответните налягания p 1 и p 2 .

В нашия случай:

Заместване на числови стойности за , ние имаме

1.3.5. Каква част от молекулите на кислорода при t=0 o С има скорости от 100 до 110 m/s?

Решение.Разпределението на скоростта на молекулите може да се определи от закона на Максуел

,

където u=v/v in – относителна скорост;

v е зададената скорост;

v in =(2RT/m) 1/2 е най-вероятната скорост на молекулите;

Du е интервалът на относителните скорости, малък в сравнение със скоростта u.

Тогава желаната част от молекулите, която трябва да се определи (разпределението на молекулите по скорости)

В нашия случай v=100 m/s; v=10 m/s; Най-вероятната скорост е v=(2RT/pm) 1/2 =376 m/s. Следователно, u=v/v в =100/376, u 2 =0,071; Du=10/376; exp(-u2)=0,93.

Така броят на кислородните молекули, чиито скорости попадат в посочения интервал, е равен на 4% от общия брой молекули.

1.3.6. Съдът, съдържащ газа, се движи със скорост v o , след което бързо спира. С колко ще се увеличи средният квадрат на скоростта на топлинно движение на газовите молекули в следните случаи: едноатомен газ? Двуатомен газ? Считайте газта за идеална.

Решение.Нека използваме закона за запазване на енергията. Нека M е масата на газа в съда. Движейки се със скорост v, газът като цяло има кинетична енергия

W до =Mv o 2 /2.

Тази формула определя кинетичната енергия на насоченото движение на молекулите, в което те участват заедно със съда. След като съдът спре, насоченото движение на молекулите в резултат на сблъсъка им със стените на съда много скоро ще се превърне в хаотично.

Пренебрегвайки топлообмена между газа и стените на съда през разглеждания интервал от време, газът може да се счита за изолирана система. Тогава от закона за запазване на енергията следва, че "изчезналата" кинетична енергия на насоченото движение на молекулите W трябва да бъде равна на увеличаването на енергията на хаотичното движение на молекулите (увеличаването на вътрешната енергия DU:

Нека определим вътрешната енергия на газа. За идеален моноатомен газ това е енергията на транслационното хаотично движение на молекулите:

където m е масата на молекулата;

N е броят на молекулите в съда.

Оттук следва, че промяната във вътрешната енергия на едноатомен газ по време на забавяне

DU \u003d U 2 -U 1 \u003d M / 2,

където v kv1, v kv2 са средноквадратични скорости на газовите молекули съответно в началото и в края на забавянето.

Замествайки в уравнението W до = DU стойностите на W до и DU, получаваме първия отговор

v 2 sq2 -v 2 sq1 \u003d v 2 o.

Вътрешната енергия на идеалния двуатомен газ е сумата от енергиите на транслационното и ротационното движение на молекулите. В този случай три степени на свобода попадат на транслационно движение и две - на ротационно. В съответствие със закона за равномерно разпределение на енергията по степени на свобода, три пети от кинетичната енергия W ще отидат за увеличаване на енергията на транслационното движение на молекулите и две пети - за увеличаване на енергията на тяхното ротационно движение. Така сега имаме

Откъде получаваме втория отговор:

1.3.7. Каква част от водородните молекули при температура T има скорости, които се различават от най-вероятната скорост с не повече от 5,0 m/s? Решете задачата за две стойности на T: 1) 400 K, 2) 900 K.

Решение.Разпределението на молекулите по скорости се изразява чрез закона на Максуел: броят на молекулите DN, чиито относителни скорости са в диапазона от u до u + Du:

където N е общият брой газови молекули;

е функцията на разпределението на Максуел;

u=v/v in – относителна скорост;

v е зададената скорост;

v in - най-вероятната скорост.

Законът за разпределение на Максуел се оказва валиден при условието Du

.

От тук намираме тази част от молекулите, чиито относителни скорости лежат в интервала Du:

Преди да направите изчисления, е необходимо да се уверите, че условието Du

За да изчислим Du, първо намираме най-вероятната скорост при T=400 K и T=900 K, използвайки формулата:

v v1 \u003d 2 × 8,31 × 400 / 0,002 = 1,82 × 10 3 m / s,

v v2 \u003d 2 × 8,31 × 900 / 0,002 = 2,73 × 10 3 m / s.

Замествайки тези стойности v и имайки предвид, че Dv=10 m/s, тъй като задачата се занимава със скорости, лежащи в интервала от v v = -5,0 m/s до v v = +5,0 m/s, получаваме:

Du 1 \u003d 1/182, Du 2 \u003d 1/273.

Тъй като u=1, виждаме, че условието Du

Сега да намерим

DN 1 /N=4/((3.14) 1/2×2.7×182)=0.0046,

DN 2 /N=4/((3,14) 1/2×2,7×273)=0,0030.

По този начин, с повишаване на температурата, най-вероятната молекулна скорост се увеличава, докато броят на молекулите, чиито скорости лежат в същия интервал около най-вероятната, намалява.