Основные понятия молекулярно-кинетической теории

Температура — физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. В настоящее время применяются две температурные шкалы — термодинамическая и Международная практическая. В Международной практической шкале температура замерзания и кипения воды при давлении 1,1 310⁵ Па соответственно 0 и 100 ⁰С (реперные точки). Термодинамическая шкала определяется по одной реперной точке — тройной точке воды (температура, при которой лед, вода и насыщенный пар при давлении 609 Па находятся в термодинамическом равновесии). Термодинамическая температура этой точки равна 273,15 К. Градус Цельсия равен градусу Кельвина.

Температура Т=0К называется нулем кельвин. 0 К недостижим, хотя приближение к нему сколь угодно близко возможно.

Удельный объем — это объем единицы массы. Когда тело однородно, т. е. его плотность =const, то.

Так как при постоянной массе удельный объем пропорционален общему объему, то макроскопические свойства однородного тела можно характеризовать объемом тела.

Количество вещества — число структурных элементов (молекул, атомов, ионов и т. п), содержащихся в системе или теле. Количество вещества выражается в молях. Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде — 12 массой 0,012кг:

v=N/N_A ,.

где N — число структурных элементов (молекул, атомов, ионов и т. п.), составляющих тело (систему); N_A — постоянная Авогадро.

Закон Авогадро: 1 моль любого газа при одинаковых температуре и давлении занимает одинаковый объем. При нормальных условиях этот объем равен 22,4110^-3 м³/моль.

1 моль различных веществ содержит одно и то же число молекул, называемое постоянной Авогадро:

N_A =6,0210²³ моль^-1.

Молярная масса вещества

.

где — масса однородного тела (системы); — количество вещества этого тела.

Уравнение Клапейрона-Менделеева Состояние некоторой массы газа определяется тремя термодинамическими параметрами: давлением p, объемом V и температурой T. Между этими параметрами существует связь, называемая уравнением состояния:

где каждая переменная является функцией двух других.

Французский физик Б. Клапейрон вывел уравнение состояния идеального газа:

(1).

Русский ученый Д. И. Менделеев объединил уравнение Клапейрона с законом Авогадро, и рассчитал значение постоянной в уравнении (1).

Для газа, имеющего общую массу m и молярную массу M, получим уравнение состояния идеального газа, называемое также уравнением Клапейрона — Менделеева:

или, (2).

где — масса газа; — его молярная масса; =8,31 Дж/(мольК) — молярная газовая постоянная; Т — термодинамическая температура; v — количество вещества.

Еще одна форма записи уравнения Клапейрона — Менделеева.

p=nkT, (3).

где — концентрация частиц (молекул, атомов и т. п.) однородной системы, N — число частиц газа, k — постоянная Больцмана.

Изопроцессы.

Изопроцесс — процесс, протекающий в газе постоянной массы при одном из постоянных термодинамических параметров.

Изотермический процесс — процесс, протекающий при постоянной температуре.

Закон Бойля-Мариотта: для данной массы газа при постоянной температуре произведение давления газа на его объем есть величина постоянная:

pV = const при T = const , m = const. (4).

Рисунок 1 Графики изотермического процесса.

Изохорный процесс — процесс, протекающий при постоянном объеме.

Закон Шарля: для данной массы газа при неизменном объёме отношение давления газа к температуре в градусах Кельвина есть величина постоянная:

при V = const , m = const. (5).

Давление возрастает при увеличении температуры на один градус на того давления, которое газ имел при 0^о С, т. е.

.

молекулярный кинетический газ идеальный где — температурный коэффициент давления, = град ^-1, p_o — давление при 0^о С.

Рисунок 2 Изохорный процесс в координатах р, Т.

Рисунок 3 Графики изохорного процесса.

Изобарный процесс — процесс, протекающий при постоянном давлении.

Закон Гей-Люссака: для данной массы данного газа при неизменном давлении отношение объёма газа к температуре в градусах Кельвина есть величина постоянная:

при p = const , m = const. (6).

Рисунок 4 Графики изобарного процесса.