Физика

В молекулярной физике пользуются моделью идеального газа, устанавливают связь между его термодинамическими параметрами и вычисляют некоторые характеристики вещества, связанные с его молекулярным строением.

Молекула — это наименьшая электрически нейтральная частица вещества, обладающая его химическими свойствами.

Температура — это скалярная физическая величина, характеризующая интенсивность теплового движения молекул изолированной системы в условиях термодинамического равновесия и равная

$T=\frac{2\langle E_k\rangle }{3k}$,

где $\langle E_k\rangle$ — средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул; k — постоянная Больцмана, k = 1,38 ⋅ 10⁻²³ Дж/К.

В Международной системе единиц температура измеряется по термодинамической (абсолютной) шкале температур в кельвинах (1 К). За нулевую температуру этой шкалы принята температура, при которой прекратилось бы поступательное (тепловое) движение молекул. Существуют и другие температурные шкалы (Цельсия, Фаренгейта и т.п.).

Давление газа определяется числом упругих столкновений молекул со стенками сосуда и зависит от массы молекул газа, их средней скорости и концентрации молекул в сосуде.

Основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ):

1. Вещество состоит из атомов (молекул). В одном моле любого вещества содержится 6,02 ⋅ 10²³ молекул (число Авогадро), независимо от агрегатного состояния.

2. Молекулы находятся в непрекращающемся тепловом движении.

3. Характер теплового движения зависит от характера взаимодействия молекул и изменяется при переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое.

4. Интенсивность теплового движения зависит от температуры.

5. Полная энергия тела является суммой кинетической энергии тела как целого (Wk), его потенциальной энергии во внешнем поле (Wp), внутренней энергии теплового движения молекул тела (U):

E = Wk + Wp + U.

Основное уравнение МКТ отражает связь между давлением, температурой и концентрацией вещества:

p = nkT,

где p — давление газа; n — концентрация газа (число частиц в единице объема); T — термодинамическая (абсолютная) температура газа.

Идеальный газ — это модель реального газа, согласно которой:

• собственный объем молекул газа считают пренебрежимо малым по сравнению с объемом сосуда;
• пренебрегают энергией взаимодействия между молекулами газа;
• столкновения молекул между собой и со стенками сосуда считают абсолютно упругими.

Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева — Клапейрона) отражает связь между тремя термодинамическими параметрами газа (давлением, объемом и температурой):

pV = νRT,

где ν — количество вещества; V — объем газа; R — универсальная газовая постоянная, R = 8,31 Дж/(моль ⋅ К).