Dunia di mana kita hidup sangat indah dan penuh dengan pelbagai proses yang menentukan perjalanan hidup. Semua proses ini dikaji oleh sains biasa - fizik. Ia memberi peluang untuk mendapatkan sekurang-kurangnya beberapa idea tentang asal usul alam semesta. Dalam artikel ini, kita akan mempertimbangkan konsep seperti teori kinetik molekul, persamaan, jenis dan formulanya. Walau bagaimanapun, sebelum meneruskan kajian yang lebih mendalam tentang isu ini, anda perlu menjelaskan sendiri maksud fizik dan bidang yang dipelajarinya.
Apakah itu fizik?
Malah, ini adalah sains yang sangat luas dan, mungkin, salah satu yang paling asas dalam sejarah umat manusia. Sebagai contoh, jika sains komputer yang sama dikaitkan dengan hampir setiap bidang aktiviti manusia, sama ada reka bentuk pengiraan atau penciptaan kartun, maka fizik adalah kehidupan itu sendiri, perihalan proses dan alirannya yang kompleks. Mari cuba jelaskan maksudnya, permudahkan pemahaman sebanyak mungkin.
JadiOleh itu, fizik adalah sains yang berkaitan dengan kajian tenaga dan jirim, hubungan antara mereka, penjelasan banyak proses yang berlaku di alam semesta kita yang luas. Teori molekul-kinetik struktur jirim hanyalah setitik kecil dalam lautan teori dan cabang fizik.
Tenaga, yang sains ini mengkaji secara terperinci, boleh diwakili dalam pelbagai bentuk. Contohnya dalam bentuk cahaya, gerakan, graviti, sinaran, elektrik dan pelbagai lagi bentuk. Kami akan menyentuh dalam artikel ini teori kinetik molekul bagi struktur bentuk-bentuk ini.
Kajian jirim memberi kita gambaran tentang struktur atom jirim. By the way, ia mengikuti dari teori molekul-kinetik. Sains struktur jirim membolehkan kita memahami dan mencari makna kewujudan kita, sebab-sebab kemunculan kehidupan dan Alam Semesta itu sendiri. Mari kita cuba mengkaji teori kinetik molekul jirim.
Pertama, beberapa pengenalan diperlukan untuk memahami sepenuhnya istilah dan sebarang kesimpulan.
Topik fizik
Menjawab soalan tentang apa itu teori kinetik molekul, seseorang tidak boleh tidak bercakap tentang bahagian fizik. Setiap satu daripada ini berkaitan dengan kajian terperinci dan penjelasan tentang bidang tertentu dalam kehidupan manusia. Ia dikelaskan seperti berikut:
- Mekanik, yang dibahagikan kepada dua bahagian lagi: kinematik dan dinamik.
- Statik.
- Termodinamik.
- Bahagian molekul.
- Elektrodinamik.
- Optik.
- Fizik kuantum dan nukleus atom.
Mari kita bercakap secara khusus tentang molekulfizik, kerana ia berdasarkan teori kinetik molekul.
Apakah itu termodinamik?
Secara amnya, bahagian molekul dan termodinamik adalah cabang fizik yang berkait rapat, yang mengkaji secara eksklusif komponen makroskopik daripada jumlah sistem fizikal. Perlu diingat bahawa sains ini menerangkan dengan tepat keadaan dalaman badan dan bahan. Sebagai contoh, keadaan mereka semasa pemanasan, penghabluran, pengewapan dan pemeluwapan, pada peringkat atom. Dalam erti kata lain, fizik molekul ialah sains sistem yang terdiri daripada sejumlah besar zarah: atom dan molekul.
Sains inilah yang mengkaji peruntukan utama teori kinetik molekul.
Walaupun semasa gred ketujuh, kami telah berkenalan dengan konsep sistem dunia mikro dan makro. Tidak perlu memuat semula istilah ini dalam ingatan.
dunia mikro, seperti yang dapat kita lihat daripada namanya, terdiri daripada zarah asas. Dalam erti kata lain, ini adalah dunia zarah kecil. Saiznya diukur dalam julat dari 10-18 m hingga 10-4 m, dan masa keadaan sebenar mereka boleh mencapai kedua-dua infiniti dan selang kecil yang tidak seimbang, contohnya, 10-20 s.
Macroworld menganggap badan dan sistem dalam bentuk yang stabil, yang terdiri daripada banyak zarah asas. Sistem sedemikian sepadan dengan saiz manusia kita.
Selain itu, terdapat perkara seperti dunia mega. Ia terdiri daripada planet besar, galaksi kosmik dan kompleks.
Asasteori
Sekarang kita telah merumuskan sedikit dan mengingati istilah asas fizik, kita boleh pergi terus ke topik utama artikel ini.
Teori kinetik molekul muncul dan dirumus buat kali pertama pada abad kesembilan belas. Intipatinya terletak pada fakta bahawa ia menerangkan secara terperinci struktur sebarang bahan (lebih kerap struktur gas daripada badan pepejal dan cecair), berdasarkan tiga peruntukan asas yang dikumpulkan daripada andaian saintis terkemuka seperti Robert Hooke, Isaac. Newton, Daniel Bernoulli, Mikhail Lomonosov dan ramai lagi.
Peruntukan utama teori kinetik molekul berbunyi seperti ini:
- Semestinya semua bahan (tidak kira sama ada ia cecair, pepejal atau gas) mempunyai struktur yang kompleks, terdiri daripada zarah yang lebih kecil: molekul dan atom. Atom kadangkala dipanggil "molekul asas".
- Semua zarah asas ini sentiasa dalam keadaan pergerakan yang berterusan dan huru-hara. Setiap daripada kita telah menemui bukti langsung mengenai cadangan ini, tetapi, kemungkinan besar, tidak mementingkannya. Sebagai contoh, kita semua melihat dengan latar belakang pancaran matahari bahawa zarah-zarah habuk sentiasa bergerak ke arah yang huru-hara. Ini disebabkan oleh fakta bahawa atom menghasilkan tolakan bersama antara satu sama lain, sentiasa memberikan tenaga kinetik antara satu sama lain. Fenomena ini pertama kali dikaji pada tahun 1827, dan ia dinamakan sempena penemu - "Gerakan Brown".
- Semua zarah asas sedang dalam proses interaksi berterusan antara satu sama lain dengandaya tertentu yang mempunyai batu elektrik.
Perlu diambil perhatian bahawa contoh lain yang menerangkan kedudukan nombor dua, yang mungkin juga terpakai, sebagai contoh, untuk teori kinetik molekul gas, ialah resapan. Kami menghadapinya dalam kehidupan seharian, dan dalam pelbagai ujian dan kawalan, jadi adalah penting untuk mempunyai idea mengenainya.
Pertama, pertimbangkan contoh berikut:
Doktor secara tidak sengaja menumpahkan alkohol dari kelalang di atas meja. Atau mungkin anda menjatuhkan botol minyak wangi anda dan ia merebak ke seluruh lantai.
Kenapa, dalam dua kes ini, kedua-dua bau alkohol dan bau minyak wangi akan memenuhi seluruh bilik selepas beberapa ketika, dan bukan hanya kawasan di mana kandungan bahan ini tertumpah?
Jawapannya mudah: resapan.
Difusi - apakah itu? Bagaimanakah ia mengalir?
Ini ialah proses di mana zarah-zarah yang membentuk satu bahan tertentu (biasanya gas) menembusi ke dalam lompang antara molekul yang lain. Dalam contoh kami di atas, perkara berikut berlaku: disebabkan oleh haba, iaitu, pergerakan berterusan dan tercerai, molekul alkohol dan / atau minyak wangi jatuh ke dalam jurang antara molekul udara. Secara beransur-ansur, di bawah pengaruh perlanggaran dengan atom dan molekul udara, mereka tersebar di sekeliling bilik. Dengan cara ini, keamatan resapan, iaitu, kelajuan alirannya, bergantung pada ketumpatan bahan yang terlibat dalam resapan, serta pada tenaga gerakan atom dan molekulnya, yang dipanggil kinetik. Semakin besar tenaga kinetik, semakin tinggi kelajuan molekul ini, masing-masing, dan keamatan.
Proses resapan terpantas boleh dipanggil resapan dalam gas. Ini disebabkan oleh fakta bahawa gas tidak homogen dalam komposisinya, yang bermaksud bahawa lompang antara molekul dalam gas masing-masing menduduki sejumlah besar ruang, dan proses memasukkan atom dan molekul bahan asing ke dalamnya berjalan lebih mudah dan lebih cepat..
Proses ini sedikit perlahan dalam cecair. Pelarutan kiub gula dalam cawan teh hanyalah contoh resapan pepejal dalam cecair.
Tetapi masa yang paling lama ialah resapan dalam badan dengan struktur kristal pepejal. Ini betul-betul begitu, kerana struktur pepejal adalah homogen dan mempunyai kekisi kristal yang kuat, di dalam sel yang mana atom pepejal itu bergetar. Contohnya, jika permukaan dua bar logam dibersihkan dengan baik dan kemudian bersentuhan antara satu sama lain, maka selepas masa yang cukup lama kita akan dapat mengesan kepingan satu logam di dalam yang lain, dan begitu juga sebaliknya.
Seperti mana-mana bahagian asas lain, teori asas fizik dibahagikan kepada bahagian yang berasingan: pengelasan, jenis, formula, persamaan dan sebagainya. Oleh itu, kita telah mempelajari asas-asas teori kinetik molekul. Ini bermakna anda boleh meneruskan dengan selamat ke pertimbangan blok teori individu.
Teori kinetik molekul gas
Ada keperluan untuk memahami peruntukan teori gas. Seperti yang kita katakan sebelum ini, kita akan mempertimbangkan ciri-ciri makroskopik gas, seperti tekanan dan suhu. Ini adalahakan diperlukan kemudian untuk mendapatkan persamaan teori kinetik molekul gas. Tetapi matematik - kemudian, dan sekarang mari kita berurusan dengan teori dan, sewajarnya, fizik.
Para saintis telah merumuskan lima peruntukan teori molekul gas, yang berfungsi untuk memahami model kinetik gas. Bunyinya seperti ini:
- Semua gas terdiri daripada zarah asas yang tidak mempunyai saiz tertentu, tetapi mempunyai jisim tertentu. Dalam erti kata lain, isipadu zarah ini adalah minimum berbanding dengan panjang di antaranya.
- Atom dan molekul gas hampir tidak mempunyai tenaga berpotensi, masing-masing, mengikut undang-undang, semua tenaga adalah sama dengan kinetik.
- Kami sudah berkenalan dengan kedudukan ini lebih awal - Brownian motion. Iaitu, zarah gas sentiasa dalam gerakan berterusan dan huru-hara.
- Semestinya semua perlanggaran bersama zarah gas, disertai dengan mesej kelajuan dan tenaga, adalah anjal sepenuhnya. Ini bermakna tiada kehilangan tenaga atau lompatan tajam dalam tenaga kinetik mereka semasa perlanggaran.
- Di bawah keadaan biasa dan suhu malar, tenaga purata pergerakan zarah bagi hampir semua gas adalah sama.
Kita boleh menulis semula kedudukan kelima melalui jenis persamaan teori kinetik molekul gas:
E=1/2mv^2=3/2kT, di mana k ialah pemalar Boltzmann; T - suhu dalam Kelvin.
Persamaan ini membuatkan kita memahami hubungan antara kelajuan zarah asas gas dan suhu mutlaknya. Oleh itu, semakin tinggi mutlak merekasuhu, semakin besar kelajuan dan tenaga kinetiknya.
Tekanan gas
Komponen makroskopik ciri seperti itu, seperti tekanan gas, juga boleh dijelaskan menggunakan teori kinetik. Untuk melakukan ini, mari bayangkan contoh berikut.
Mari kita andaikan bahawa molekul sesetengah gas berada di dalam kotak, yang panjangnya ialah L. Mari kita gunakan peruntukan teori gas yang diterangkan di atas dan mengambil kira hakikat bahawa sfera molekul hanya bergerak sepanjang x -paksi. Oleh itu, kita akan dapat memerhatikan proses perlanggaran elastik dengan salah satu dinding kapal (kotak).
Momentum perlanggaran yang berterusan, seperti yang kita ketahui, ditentukan oleh formula: p=mv, tetapi dalam kes ini, formula ini akan mengambil bentuk unjuran: p=mv(x).
Oleh kerana kita menganggap hanya dimensi paksi-x, iaitu paksi-x, jumlah perubahan momentum akan dinyatakan dengan formula: mv(x) - m(-v(x))=2mv(x).
Seterusnya, pertimbangkan daya yang dikenakan oleh objek kita menggunakan hukum kedua Newton: F=ma=P/t.
Dari formula ini kami menyatakan tekanan dari bahagian gas: P=F/a;
Sekarang mari kita gantikan ungkapan daya ke dalam formula yang terhasil dan dapatkan: P=mv(x)^2/L^3.
Selepas itu, formula tekanan siap kami boleh ditulis untuk nombor ke-N bagi molekul gas. Dalam erti kata lain, ia akan kelihatan seperti ini:
P=Nmv(x)^2/V, dengan v ialah kelajuan dan V ialah isipadu.
Sekarang mari cuba serlahkan beberapa peruntukan asas mengenai tekanan gas:
- Ia menampakkan dirinya melaluiperlanggaran molekul dengan molekul dinding objek di mana ia berada.
- Magnitud tekanan adalah berkadar terus dengan daya dan kelajuan hentaman molekul pada dinding kapal.
Beberapa kesimpulan ringkas tentang teori
Sebelum kita melangkah lebih jauh dan mempertimbangkan persamaan asas teori kinetik molekul, kami menawarkan kepada anda beberapa kesimpulan ringkas daripada perkara dan teori di atas:
- Ukuran purata tenaga pergerakan atom dan molekulnya ialah suhu mutlak.
- Apabila dua gas berbeza berada pada suhu yang sama, molekulnya mempunyai purata tenaga kinetik yang sama.
- Tenaga zarah gas adalah berkadar terus dengan purata halaju kuasa dua: E=1/2mv^2.
- Walaupun molekul gas masing-masing mempunyai tenaga kinetik purata dan kelajuan purata, zarah individu bergerak pada kelajuan yang berbeza: ada yang cepat, ada yang perlahan.
- Semakin tinggi suhu, semakin tinggi kelajuan molekul.
- Berapa kali kita meningkatkan suhu gas (contohnya, dua kali ganda), tenaga pergerakan zarahnya meningkat sebanyak kali (masing-masing, dua kali ganda).
Persamaan dan formula asas
Persamaan asas teori kinetik molekul membolehkan anda mewujudkan hubungan antara kuantiti alam mikro dan, oleh itu, makroskopik, iaitu, diukur, kuantiti.
Salah satu model paling mudah yang boleh dipertimbangkan oleh teori molekul ialah model gas ideal.
Anda boleh katakan begituini adalah sejenis model khayalan yang dikaji oleh teori kinetik molekul gas ideal, di mana:
- zarah gas paling ringkas dianggap sebagai bola kenyal sempurna yang berinteraksi antara satu sama lain dan dengan molekul dinding mana-mana vesel hanya dalam satu kes - perlanggaran kenyal mutlak;
- daya tarikan di dalam gas tiada, atau sebenarnya boleh diabaikan;
- elemen struktur dalaman gas boleh diambil sebagai titik material, iaitu, isipadunya juga boleh diabaikan.
Memandangkan model sedemikian, ahli fizik kelahiran Jerman Rudolf Clausius menulis formula untuk tekanan gas melalui hubungan parameter mikro dan makroskopik. Ia kelihatan seperti:
p=1/3m(0)nv^2.
Kemudian formula ini akan dipanggil sebagai persamaan asas bagi teori kinetik molekul bagi gas ideal. Ia boleh dibentangkan dalam beberapa bentuk yang berbeza. Tugas kita sekarang ialah untuk menunjukkan bahagian seperti fizik molekul, teori kinetik molekul, dan seterusnya persamaan dan jenis lengkapnya. Oleh itu, masuk akal untuk mempertimbangkan variasi lain formula asas.
Kita tahu bahawa tenaga purata yang mencirikan pergerakan molekul gas boleh didapati menggunakan formula: E=m(0)v^2/2.
Dalam kes ini, kita boleh menggantikan ungkapan m(0)v^2 dalam formula tekanan asal dengan tenaga kinetik purata. Hasil daripada ini, kita akan berpeluang untuk mengarang persamaan asas teori kinetik molekul gas dalam bentuk berikut: p=2/3nE.
Selain itu, kita semua tahu bahawa ungkapan m(0)n boleh ditulis sebagai hasil darab dua hasil bagi:
m/NN/V=m/V=ρ.
Selepas manipulasi ini, kita boleh menulis semula formula kita untuk persamaan teori kinetik molekul bagi gas ideal dalam bentuk ketiga yang berbeza:
p=1/3ρv^2.
Nah, mungkin itu sahaja yang anda perlu tahu tentang topik ini. Ia kekal hanya untuk mensistematisasikan pengetahuan yang diperoleh dalam bentuk kesimpulan ringkas (dan tidak begitu).
Semua kesimpulan dan formula umum mengenai topik "Teori kinetik molekul"
Jadi mari kita mulakan.
Pertama:
Fizik ialah sains asas yang termasuk dalam kursus sains semula jadi, yang mengkaji sifat jirim dan tenaga, strukturnya, corak alam tak organik.
Ia termasuk bahagian berikut:
- mekanik (kinematik dan dinamik);
- statik;
- termodinamik;
- elektrodinamik;
- bahagian molekul;
- optik;
- fizik kuantum dan nukleus atom.
Kedua:
fizik zarah dan termodinamik ialah cabang berkait rapat yang mengkaji komponen makroskopik secara eksklusif daripada jumlah sistem fizikal, iaitu sistem yang terdiri daripada sejumlah besar zarah asas.
Ia berdasarkan teori kinetik molekul.
Ketiga:
Inti pokok perkara ini ialah. Teori kinetik molekul menerangkan secara terperinci struktur sesuatu bahan (lebih kerap struktur gas daripada pepejal).dan badan cecair), berdasarkan tiga andaian asas yang dikumpul daripada andaian saintis terkemuka. Antaranya: Robert Hooke, Isaac Newton, Daniel Bernoulli, Mikhail Lomonosov dan ramai lagi.
Keempat:
Tiga prinsip asas teori kinetik molekul:
- Semua bahan (tidak kira sama ada ia cecair, pepejal atau gas) mempunyai struktur kompleks yang terdiri daripada zarah yang lebih kecil: molekul dan atom.
- Semua zarah ringkas ini dalam gerakan huru-hara berterusan. Contoh: Gerakan dan resapan Brownian.
- Semua molekul dalam sebarang keadaan berinteraksi antara satu sama lain dengan daya tertentu yang mempunyai batu elektrik.
Setiap peruntukan teori kinetik molekul ini merupakan asas yang kukuh dalam kajian struktur jirim.
Kelima:
Beberapa perkara utama teori molekul untuk model gas:
- Semua gas terdiri daripada zarah asas yang tidak mempunyai saiz tertentu, tetapi mempunyai jisim tertentu. Dalam erti kata lain, isipadu zarah ini adalah minimum berbanding jarak antara mereka.
- Atom dan molekul gas boleh dikatakan tidak mempunyai tenaga keupayaan, masing-masing, jumlah tenaga mereka adalah sama dengan tenaga kinetik.
- Kami sudah berkenalan dengan kedudukan ini lebih awal - Brownian motion. Iaitu, zarah gas sentiasa dalam gerakan berterusan dan rawak.
- Semestinya semua perlanggaran bersama atom dan molekul gas, disertai dengan mesej kelajuan dan tenaga, adalah anjal sepenuhnya. Ini adalahbermakna tiada kehilangan tenaga atau lompatan tajam dalam tenaga kinetik mereka semasa perlanggaran.
- Di bawah keadaan biasa dan suhu malar, tenaga kinetik purata hampir semua gas adalah sama.
Keenam:
Kesimpulan daripada teori tentang gas:
- Suhu mutlak ialah ukuran purata tenaga kinetik atom dan molekulnya.
- Apabila dua gas berbeza berada pada suhu yang sama, molekulnya mempunyai purata tenaga kinetik yang sama.
- Purata tenaga kinetik zarah gas adalah berkadar terus dengan halaju purata kuasa dua punca: E=1/2mv^2.
- Walaupun molekul gas masing-masing mempunyai tenaga kinetik purata dan kelajuan purata, zarah individu bergerak pada kelajuan yang berbeza: ada yang cepat, ada yang perlahan.
- Semakin tinggi suhu, semakin tinggi kelajuan molekul.
- Berapa kali kita meningkatkan suhu gas (contohnya, dua kali ganda), tenaga kinetik purata zarahnya juga meningkat berkali-kali ganda (masing-masing, berganda).
- Hubungan antara tekanan gas pada dinding kapal di mana ia berada dan keamatan hentaman molekul pada dinding ini adalah berkadar terus: lebih banyak hentaman, lebih tinggi tekanan, dan sebaliknya..
Ketujuh:
Model gas ideal ialah model yang syarat berikut mesti dipenuhi:
- Molekul gas boleh dan dianggap sebagai bola kenyal sempurna.
- Bola ini boleh berinteraksi antara satu sama lain dan dengan dinding mana-manakapal hanya dalam satu kes - perlanggaran anjal sepenuhnya.
- Daya yang menggambarkan daya tujahan bersama antara atom dan molekul gas tidak hadir atau sebenarnya boleh diabaikan.
- Atom dan molekul dianggap sebagai titik material, iaitu, isipadunya juga boleh diabaikan.
Kelapan:
Mari kita berikan semua persamaan asas dan tunjukkan formula dalam topik "Teori kinetik molekul":
p=1/3m(0)nv^2 - persamaan asas untuk model gas ideal, yang diperolehi oleh ahli fizik Jerman Rudolf Clausius.
p=2/3nE - persamaan asas teori kinetik molekul bagi gas ideal. Diperolehi daripada tenaga kinetik purata molekul.
р=1/3ρv^2 - persamaan yang sama, tetapi dipertimbangkan melalui ketumpatan dan punca purata halaju persegi bagi molekul gas ideal.
m(0)=M/N(a) - formula untuk mencari jisim satu molekul melalui nombor Avogadro.
v^2=(v(1)+v(2)+v(3)+…)/N - formula untuk mencari purata halaju persegi bagi molekul, di mana v(1), v(2), v (3) dan seterusnya - kelajuan molekul pertama, kedua, ketiga dan seterusnya sehingga molekul ke-n.
n=N/V - formula untuk mencari kepekatan molekul, dengan N ialah bilangan molekul dalam isipadu gas kepada isipadu V yang diberikan.
E=mv^2/2=3/2kT - formula untuk mencari purata tenaga kinetik molekul, dengan v^2 ialah punca purata halaju kuasa dua molekul, k ialah pemalar nilai yang dinamakan sempena fizik Austria Ludwig Boltzmann, dan T ialah suhu gas.
p=nkT - formula tekanan dari segi kepekatan, malarBoltzmann dan suhu mutlak T. Daripadanya mengikuti formula asas lain, ditemui oleh saintis Rusia Mendeleev dan jurutera fizik Perancis Claiperon:
pV=m/MRT, dengan R=kN(a) ialah pemalar universal untuk gas.
Sekarang mari tunjukkan pemalar untuk proses iso yang berbeza: isobarik, isochorik, isoterma dan adiabatik.
pV/T=const - dilakukan apabila jisim dan komposisi gas adalah malar.
рV=const - jika suhu juga malar.
V/T=const - jika tekanan gas malar.
p/T=const - jika isipadu adalah malar.
Mungkin itu sahaja yang anda perlu tahu tentang topik ini.
Hari ini kami terjun ke dalam bidang saintifik seperti fizik teori, pelbagai bahagian dan bloknya. Secara lebih terperinci, kami menyentuh bidang fizik seperti fizik molekul asas dan termodinamik, iaitu, teori kinetik molekul, yang, nampaknya, tidak menimbulkan sebarang kesulitan dalam kajian awal, tetapi sebenarnya mempunyai banyak perangkap.. Ia meluaskan pemahaman kami tentang model gas ideal, yang juga kami pelajari secara terperinci. Di samping itu, perlu diingat bahawa kami juga membiasakan diri dengan persamaan asas teori molekul dalam pelbagai variasinya, dan juga mempertimbangkan semua formula yang paling diperlukan untuk mencari kuantiti tertentu yang tidak diketahui mengenai topik ini. Ini akan sangat berguna apabila bersiap untuk menulis sebarang ujian, peperiksaan dan ujian, atau untuk mengembangkan pandangan umum dan pengetahuan fizik.
Kami berharap artikel ini berguna kepada anda, dan anda telah mengekstrak hanya maklumat yang paling diperlukan daripadanya, mengukuhkan pengetahuan anda dalam tonggak termodinamik seperti peruntukan asas teori kinetik molekul.
