Κίνηση μορίων σε αέρια, υγρά και στερεά. Στερεά, υγρά, αέρια - πώς κινούνται τα μόρια

Στα αέρια, η απόσταση μεταξύ μορίων και ατόμων είναι συνήθως πολύ μεγαλύτερη από το μέγεθος των μορίων και οι ελκτικές δυνάμεις είναι πολύ μικρές. Επομένως, τα αέρια δεν έχουν δικό τους σχήμα και σταθερό όγκο. Τα αέρια συμπιέζονται εύκολα επειδή οι απωστικές δυνάμεις σε μεγάλες αποστάσεις είναι επίσης μικρές. Τα αέρια έχουν την ιδιότητα να διαστέλλονται απεριόριστα, γεμίζοντας ολόκληρο τον όγκο που τους παρέχεται. Τα μόρια αερίου κινούνται με πολύ υψηλές ταχύτητες, συγκρούονται μεταξύ τους, αναπηδούν το ένα από το άλλο προς διαφορετικές κατευθύνσεις. Δημιουργούνται πολυάριθμες επιδράσεις μορίων στα τοιχώματα του αγγείου πίεση αερίου.

Κίνηση μορίων σε υγρά

Στα υγρά, τα μόρια όχι μόνο ταλαντώνονται γύρω από τη θέση ισορροπίας, αλλά και μεταπηδούν από τη μια θέση ισορροπίας στην άλλη. Αυτά τα άλματα συμβαίνουν περιοδικά. Το χρονικό διάστημα μεταξύ τέτοιων αλμάτων ονομάζεται μέσος χρόνος τακτοποιημένης ζωής(ή μέσος χρόνος χαλάρωσης) και συμβολίζεται με το γράμμα ?. Με άλλα λόγια, ο χρόνος χαλάρωσης είναι ο χρόνος των ταλαντώσεων γύρω από μια συγκεκριμένη θέση ισορροπίας. Σε θερμοκρασία δωματίου, αυτός ο χρόνος είναι κατά μέσο όρο 10 -11 δευτερόλεπτα. Ο χρόνος μιας ταλάντωσης είναι 10 -12 ... 10 -13 s.

Ο χρόνος καθίζησης μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Η απόσταση μεταξύ των υγρών μορίων είναι μικρότερη από το μέγεθος των μορίων, τα σωματίδια είναι κοντά το ένα στο άλλο και η διαμοριακή έλξη είναι μεγάλη. Ωστόσο, η διάταξη των υγρών μορίων δεν είναι αυστηρά διατεταγμένη σε όλο τον όγκο.

Τα υγρά, όπως και τα στερεά, διατηρούν τον όγκο τους αλλά δεν έχουν το δικό τους σχήμα. Επομένως, παίρνουν τη μορφή του αγγείου στο οποίο βρίσκονται. Το υγρό έχει την ιδιότητα ρευστότητα. Λόγω αυτής της ιδιότητας, το υγρό δεν αντιστέκεται σε αλλαγή σχήματος, συμπιέζεται ελάχιστα και οι φυσικές του ιδιότητες είναι ίδιες προς όλες τις κατευθύνσεις μέσα στο υγρό (ισοτροπία υγρών). Για πρώτη φορά, η φύση της μοριακής κίνησης στα υγρά καθιερώθηκε από τον Σοβιετικό φυσικό Yakov Ilyich Frenkel (1894 - 1952).

Κίνηση μορίων σε στερεά

Τα μόρια και τα άτομα ενός στερεού σώματος είναι διατεταγμένα με συγκεκριμένη σειρά και μορφή κρυσταλλικού πλέγματος. Τέτοια στερεά ονομάζονται κρυσταλλικά. Τα άτομα ταλαντώνονται γύρω από τη θέση ισορροπίας και η έλξη μεταξύ τους είναι πολύ ισχυρή. Επομένως, τα στερεά σώματα υπό κανονικές συνθήκες διατηρούν όγκο και έχουν το δικό τους σχήμα.

Κίνηση μορίων στα αέρια

Βασικές Διατάξεις Μοριακής Κινητικής Θεωρίας (Πειραματική Τεκμηρίωση)

Στον πυρήνα μοριακή κινητική θεωρίαΗ δομή της ύλης βρίσκεται σε τρεις θέσεις:

1. Όλα τα σώματα αποτελούνται από σωματίδια (άτομα, μόρια, ιόντα κ.λπ.).

2. Τα σωματίδια κινούνται συνεχώς τυχαία.

3. Τα σωματίδια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.

22)Brownian κίνηση- χαοτική κίνηση μικροσκοπικών, ορατών, αιωρούμενων σε υγρό (ή αέριο) σωματιδίων στερεάς ουσίας (σωματίδια σκόνης, σωματίδια γύρης φυτών κ.λπ.), που προκαλείται από τη θερμική κίνηση σωματιδίων υγρού (ή αερίου). Οι έννοιες της «κίνησης Brown» και της «θερμικής κίνησης» δεν πρέπει να συγχέονται: η κίνηση Brown είναι συνέπεια και απόδειξη της ύπαρξης θερμικής κίνησης.

23) ΕΛΙΑ δερματος(Ρωσική ονομασία: ΕΛΙΑ δερματος; Διεθνές: mol) είναι μια μονάδα μέτρησης για την ποσότητα μιας ουσίας στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI), μία από τις επτά βασικές μονάδες SI.

Το mole υιοθετήθηκε ως μονάδα SI από τη XIV Γενική Διάσκεψη για τα Βάρη και τα Μέτρα το 1971. Ο ακριβής ορισμός του κρεατοελιά διατυπώνεται ως εξής:

Ένα mole είναι η ποσότητα της ουσίας σε ένα σύστημα που περιέχει τόσα δομικά στοιχεία όσα άτομα υπάρχουν στον άνθρακα-12 με μάζα 0,012 kg. Όταν χρησιμοποιείτε ένα mole, τα δομικά στοιχεία πρέπει να προσδιορίζονται και μπορεί να είναι άτομα, μόρια, ιόντα, ηλεκτρόνια και άλλα σωματίδια ή συγκεκριμένες ομάδες σωματιδίων.

Ο αριθμός του Avogadro, Σταθερά Avogadro- μια φυσική σταθερά αριθμητικά ίση με τον αριθμό των καθορισμένων δομικών μονάδων (άτομα, μόρια, ιόντα, ηλεκτρόνια ή οποιαδήποτε άλλα σωματίδια) σε 1 mole μιας ουσίας. Ορίζεται ως ο αριθμός των ατόμων σε 12 γραμμάρια (ακριβώς) του καθαρού ισοτόπου άνθρακα-12. Συνήθως δηλώνεται ως ΝΑ, λιγότερο συχνά σαν μεγάλο .

Ν A = 6,022 141 29(27) 10 23 mol −1 .

Στα αέρια, η απόσταση μεταξύ μορίων και ατόμων είναι συνήθως πολύ μεγαλύτερη από το μέγεθος των μορίων, και ελκυστικές δυνάμειςπολύ μικρό. Επομένως, τα αέρια δεν έχουν δικό τους σχήμα και σταθερό όγκο. Τα αέρια συμπιέζονται εύκολα επειδή οι απωστικές δυνάμεις σε μεγάλες αποστάσεις είναι επίσης μικρές. Τα αέρια έχουν την ιδιότητα να διαστέλλονται απεριόριστα, γεμίζοντας ολόκληρο τον όγκο που τους παρέχεται. Τα μόρια αερίου κινούνται με πολύ υψηλές ταχύτητες, συγκρούονται μεταξύ τους, αναπηδούν το ένα από το άλλο προς διαφορετικές κατευθύνσεις. Δημιουργούνται πολυάριθμες επιδράσεις μορίων στα τοιχώματα του αγγείου πίεση αερίου.

Ο χρόνος καθίζησης μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Η απόσταση μεταξύ των υγρών μορίων είναι μικρότερη από το μέγεθος των μορίων, τα σωματίδια βρίσκονται το ένα κοντά στο άλλο και διαμοριακή έλξημεγάλος. Ωστόσο, η διάταξη των υγρών μορίων δεν είναι αυστηρά διατεταγμένη σε όλο τον όγκο.

Θερμική ισορροπία είναι η κατάσταση ενός θερμοδυναμικού συστήματος στην οποία περνά αυθόρμητα μετά από μια αρκετά μεγάλη χρονική περίοδο υπό συνθήκες απομόνωσης από το περιβάλλον.

Η θερμοκρασία είναι ένα φυσικό μέγεθος που χαρακτηρίζει τη μέση κινητική ενέργεια των σωματιδίων ενός μακροσκοπικού συστήματος σε κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας. Σε κατάσταση ισορροπίας, η θερμοκρασία έχει την ίδια τιμή για όλα τα μακροσκοπικά μέρη του συστήματος.

Βαθμοί Κελσίου(σύμβολο: °C) είναι μια κοινή μονάδα θερμοκρασίας που χρησιμοποιείται στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI) μαζί με το Κέλβιν.

Ιατρικό θερμόμετρο υδραργύρου

Μηχανικό θερμόμετρο

Ο βαθμός Κελσίου πήρε το όνομά του από τον Σουηδό επιστήμονα Anders Celsius, ο οποίος το 1742 πρότεινε μια νέα κλίμακα για τη μέτρηση της θερμοκρασίας. Μηδέν στην κλίμακα Κελσίου ήταν το σημείο τήξης του πάγου και 100° ήταν το σημείο βρασμού του νερού σε τυπική ατμοσφαιρική πίεση. (Αρχικά, ο Κέλσιος πήρε τη θερμοκρασία τήξης του πάγου ως 100 °, και το σημείο βρασμού του νερού ως 0 °. Και μόνο αργότερα ο σύγχρονος του Carl Linnaeus «ανέστρεψε» αυτήν την κλίμακα). Αυτή η κλίμακα είναι γραμμική στην περιοχή 0-100° και συνεχίζει επίσης γραμμικά στην περιοχή κάτω από 0° και πάνω από 100°. Η γραμμικότητα είναι ένα σημαντικό ζήτημα με τις ακριβείς μετρήσεις θερμοκρασίας. Αρκεί να αναφέρουμε ότι ένα κλασικό θερμόμετρο γεμάτο με νερό δεν μπορεί να επισημανθεί για θερμοκρασίες κάτω των 4 βαθμών Κελσίου, γιατί σε αυτό το εύρος το νερό αρχίζει να διαστέλλεται ξανά.

Ο αρχικός ορισμός του βαθμού Κελσίου εξαρτιόταν από τον ορισμό της τυπικής ατμοσφαιρικής πίεσης, επειδή τόσο το σημείο βρασμού του νερού όσο και το σημείο τήξης του πάγου εξαρτώνται από την πίεση. Αυτό δεν είναι πολύ βολικό για την τυποποίηση της μονάδας μέτρησης. Επομένως, μετά την υιοθέτηση του Kelvin K ως βασικής μονάδας θερμοκρασίας, αναθεωρήθηκε ο ορισμός του βαθμού Κελσίου.

Σύμφωνα με τον σύγχρονο ορισμό, ένας βαθμός Κελσίου είναι ίσος με ένα Κέλβιν Κ και το μηδέν της κλίμακας Κελσίου ορίζεται έτσι ώστε η θερμοκρασία του τριπλού σημείου του νερού να είναι 0,01 °C. Ως αποτέλεσμα, οι κλίμακες Κελσίου και Κέλβιν μετατοπίζονται κατά 273,15:

26)Ιδανικό αέριο- ένα μαθηματικό μοντέλο ενός αερίου, στο οποίο θεωρείται ότι η δυναμική ενέργεια της αλληλεπίδρασης των μορίων μπορεί να αγνοηθεί σε σύγκριση με την κινητική τους ενέργεια. Δεν υπάρχουν δυνάμεις έλξης ή απώθησης μεταξύ των μορίων, οι συγκρούσεις των σωματιδίων μεταξύ τους και με τα τοιχώματα του αγγείου είναι απολύτως ελαστικές και ο χρόνος αλληλεπίδρασης μεταξύ των μορίων είναι αμελητέα μικρός σε σύγκριση με τον μέσο χρόνο μεταξύ των συγκρούσεων.

, όπου κείναι η σταθερά Boltzmann (ο λόγος της καθολικής σταθεράς του αερίου Rστον αριθμό του Avogadro Ν Α), Εγώ- τον αριθμό των βαθμών ελευθερίας των μορίων (στα περισσότερα προβλήματα σχετικά με τα ιδανικά αέρια, όπου τα μόρια υποτίθεται ότι είναι σφαίρες μικρής ακτίνας, το φυσικό ανάλογο των οποίων μπορεί να είναι αδρανή αέρια) και Τείναι η απόλυτη θερμοκρασία.

Η βασική εξίσωση του ΜΚΤ συνδέει τις μακροσκοπικές παραμέτρους (πίεση, όγκος, θερμοκρασία) ενός συστήματος αερίων με τις μικροσκοπικές (μοριακή μάζα, μέση ταχύτητα κίνησης τους).

Κινητική ενέργεια ενός μορίου

Σε ένα αέριο, τα μόρια εκτελούν ελεύθερη (απομονωμένα από άλλα μόρια) κίνηση, μόνο από καιρό σε καιρό συγκρούονται μεταξύ τους ή με τα τοιχώματα του αγγείου. Όσο το μόριο βρίσκεται σε ελεύθερη κίνηση, έχει μόνο κινητική ενέργεια. Κατά τη σύγκρουση, τα μόρια έχουν επίσης δυναμική ενέργεια. Έτσι, η συνολική ενέργεια ενός αερίου είναι το άθροισμα της κινητικής και της δυνητικής ενέργειας των μορίων του. Όσο σπάνια είναι το αέριο, τόσο περισσότερα μόρια βρίσκονται σε κατάσταση ελεύθερης κίνησης σε κάθε στιγμή, έχοντας μόνο κινητική ενέργεια. Κατά συνέπεια, όταν το αέριο αραιώνεται, το μερίδιο της δυναμικής ενέργειας μειώνεται σε σύγκριση με την κινητική ενέργεια.

ΜεσαίοΗ κινητική ενέργεια ενός μορίου στην ισορροπία ενός ιδανικού αερίου έχει ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό: σε ένα μείγμα διαφορετικών αερίων, η μέση κινητική ενέργεια ενός μορίου για διαφορετικά συστατικά του μείγματος είναι η ίδια.

Για παράδειγμα, ο αέρας είναι ένα μείγμα αερίων. Η μέση ενέργεια ενός μορίου αέρα για όλα τα συστατικά του υπό κανονικές συνθήκες, όταν ο αέρας μπορεί ακόμα να θεωρηθεί ως ιδανικό αέριο, είναι η ίδια. Αυτή η ιδιότητα των ιδανικών αερίων μπορεί να αποδειχθεί με βάση γενικές στατιστικές εκτιμήσεις. Μια σημαντική συνέπεια προκύπτει από αυτό: εάν δύο διαφορετικά αέρια (σε διαφορετικά δοχεία) βρίσκονται σε θερμική ισορροπία μεταξύ τους, τότε οι μέσες κινητικές ενέργειες των μορίων τους είναι οι ίδιες.

Στα αέρια, η απόσταση μεταξύ μορίων και ατόμων είναι συνήθως πολύ μεγαλύτερη από το μέγεθος των ίδιων των μορίων, οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των μορίων δεν είναι μεγάλες. Ως αποτέλεσμα, το αέριο δεν έχει το δικό του σχήμα και σταθερό όγκο. Το αέριο είναι εύκολα συμπιέσιμο και μπορεί να διαστέλλεται επ' αόριστον. Τα μόρια αερίου κινούνται ελεύθερα (μεταφραστικά, μπορούν να περιστρέφονται), μόνο περιστασιακά συγκρούονται με άλλα μόρια και τα τοιχώματα του δοχείου στο οποίο βρίσκεται το αέριο και κινούνται με πολύ υψηλές ταχύτητες.

Κίνηση σωματιδίων σε στερεά

Η δομή των στερεών είναι θεμελιωδώς διαφορετική από τη δομή των αερίων. Σε αυτά οι διαμοριακές αποστάσεις είναι μικρές και η δυναμική ενέργεια των μορίων συγκρίσιμη με την κινητική. Τα άτομα (ή ιόντα ή ολόκληρα μόρια) δεν μπορούν να ονομαστούν ακίνητα, εκτελούν τυχαία ταλαντωτική κίνηση γύρω από τις μεσαίες θέσεις τους. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια των ταλαντώσεων και επομένως το μέσο πλάτος των ταλαντώσεων. Οι θερμικές δονήσεις των ατόμων εξηγούν επίσης τη θερμοχωρητικότητα των στερεών. Ας εξετάσουμε λεπτομερέστερα τις κινήσεις των σωματιδίων σε κρυσταλλικά στερεά. Ολόκληρος ο κρύσταλλος στο σύνολό του είναι ένα πολύ περίπλοκο συζευγμένο ταλαντευτικό σύστημα. Οι αποκλίσεις των ατόμων από τις μέσες θέσεις είναι μικρές και επομένως μπορούμε να υποθέσουμε ότι τα άτομα υπόκεινται στη δράση οιονεί ελαστικών δυνάμεων που υπακούουν στον γραμμικό νόμο του Hooke. Τέτοια ταλαντευτικά συστήματα ονομάζονται γραμμικά.

Υπάρχει μια ανεπτυγμένη μαθηματική θεωρία συστημάτων που υπόκεινται σε γραμμικές ταλαντώσεις. Αποδεικνύει ένα πολύ σημαντικό θεώρημα, η ουσία του οποίου είναι η εξής. Εάν το σύστημα εκτελεί μικρές (γραμμικές) διασυνδεδεμένες ταλαντώσεις, τότε μετασχηματίζοντας τις συντεταγμένες μπορεί να αναχθεί τυπικά σε ένα σύστημα ανεξάρτητων ταλαντωτών (για τους οποίους οι εξισώσεις ταλάντωσης δεν εξαρτώνται μεταξύ τους). Το σύστημα των ανεξάρτητων ταλαντωτών συμπεριφέρεται σαν ένα ιδανικό αέριο με την έννοια ότι τα άτομα του τελευταίου μπορούν επίσης να θεωρηθούν ανεξάρτητα.

Χρησιμοποιώντας την ιδέα της ανεξαρτησίας των ατόμων αερίου φτάνουμε στο νόμο του Boltzmann. Αυτό το πολύ σημαντικό συμπέρασμα παρέχει μια απλή και αξιόπιστη βάση για ολόκληρη τη θεωρία των στερεών.

ο νόμος του Boltzmann

Ο αριθμός των ταλαντωτών με δεδομένες παραμέτρους (συντεταγμένες και ταχύτητες) προσδιορίζεται με τον ίδιο τρόπο όπως ο αριθμός των μορίων αερίου σε μια δεδομένη κατάσταση, σύμφωνα με τον τύπο:

Ενέργεια ταλαντωτή.

Ο νόμος του Boltzmann (1) στη θεωρία ενός στερεού σώματος δεν έχει περιορισμούς, ωστόσο, ο τύπος (2) για την ενέργεια ενός ταλαντωτή λαμβάνεται από την κλασική μηχανική. Στη θεωρητική θεώρηση των στερεών, είναι απαραίτητο να βασιστούμε στην κβαντομηχανική, η οποία χαρακτηρίζεται από μια διακριτή αλλαγή στην ενέργεια ενός ταλαντωτή. Η διακριτικότητα της ενέργειας του ταλαντωτή γίνεται ασήμαντη μόνο σε επαρκώς υψηλές τιμές της ενέργειάς του. Αυτό σημαίνει ότι το (2) μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο σε αρκετά υψηλές θερμοκρασίες. Σε υψηλές θερμοκρασίες ενός στερεού, κοντά στο σημείο τήξης, ο νόμος του Boltzmann υπονοεί το νόμο της ομοιόμορφης κατανομής της ενέργειας σε βαθμούς ελευθερίας. Αν στα αέρια για κάθε βαθμό ελευθερίας, κατά μέσο όρο, υπάρχει ποσότητα ενέργειας ίση με (1/2) kT, τότε ο ταλαντωτής έχει έναν βαθμό ελευθερίας, εκτός από κινητική, έχει και δυναμική ενέργεια. Επομένως, ένας βαθμός ελευθερίας σε ένα στερεό σε αρκετά υψηλή θερμοκρασία έχει ενέργεια ίση με kT. Με βάση αυτόν τον νόμο, δεν είναι δύσκολο να υπολογιστεί η συνολική εσωτερική ενέργεια ενός στερεού, και μετά από αυτήν, η θερμοχωρητικότητα του. Ένα mole ενός στερεού περιέχει άτομα ΝΑ και κάθε άτομο έχει τρεις βαθμούς ελευθερίας. Επομένως, το mole περιέχει 3 ταλαντωτές NA. Μοριακή ενέργεια στερεού σώματος

και τη μοριακή θερμοχωρητικότητα ενός στερεού σε επαρκώς υψηλές θερμοκρασίες

Η εμπειρία επιβεβαιώνει αυτόν τον νόμο.

Τα υγρά καταλαμβάνουν μια ενδιάμεση θέση μεταξύ αερίων και στερεών. Τα μόρια ενός υγρού δεν αποκλίνουν σε μεγάλες αποστάσεις και το υγρό υπό κανονικές συνθήκες διατηρεί τον όγκο του. Σε αντίθεση όμως με τα στερεά, τα μόρια όχι μόνο ταλαντώνονται, αλλά και πηδούν από μέρος σε μέρος, δηλαδή κάνουν ελεύθερες κινήσεις. Όταν η θερμοκρασία ανεβαίνει, τα υγρά βράζουν (υπάρχει το λεγόμενο σημείο βρασμού) και μετατρέπονται σε αέριο. Καθώς η θερμοκρασία πέφτει, τα υγρά κρυσταλλώνονται και γίνονται στερεά. Υπάρχει ένα σημείο στο πεδίο θερμοκρασίας στο οποίο εξαφανίζεται το όριο μεταξύ αερίου (κορεσμένος ατμός) και υγρού (κρίσιμο σημείο). Το σχέδιο της θερμικής κίνησης των μορίων στα υγρά κοντά στη θερμοκρασία στερεοποίησης είναι πολύ παρόμοιο με τη συμπεριφορά των μορίων στα στερεά. Για παράδειγμα, οι συντελεστές θερμοχωρητικότητας είναι σχεδόν οι ίδιοι. Δεδομένου ότι η θερμική ικανότητα μιας ουσίας κατά τη διάρκεια της τήξης αλλάζει ελαφρώς, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η φύση της κίνησης των σωματιδίων σε ένα υγρό είναι κοντά στην κίνηση σε ένα στερεό (στη θερμοκρασία τήξης). Όταν θερμαίνεται, οι ιδιότητες του υγρού αλλάζουν σταδιακά και γίνεται περισσότερο σαν αέριο. Στα υγρά, η μέση κινητική ενέργεια των σωματιδίων είναι μικρότερη από τη δυναμική ενέργεια της διαμοριακής τους αλληλεπίδρασης. Η ενέργεια της διαμοριακής αλληλεπίδρασης σε υγρά και στερεά διαφέρει ασήμαντα. Εάν συγκρίνουμε τη θερμότητα της σύντηξης και τη θερμότητα της εξάτμισης, θα δούμε ότι κατά τη μετάβαση από τη μια κατάσταση συσσωμάτωσης στην άλλη, η θερμότητα της σύντηξης είναι σημαντικά χαμηλότερη από τη θερμότητα της εξάτμισης. Μια επαρκής μαθηματική περιγραφή της δομής ενός υγρού μπορεί να δοθεί μόνο με τη βοήθεια της στατιστικής φυσικής. Για παράδειγμα, εάν ένα υγρό αποτελείται από πανομοιότυπα σφαιρικά μόρια, τότε η δομή του μπορεί να περιγραφεί από τη συνάρτηση ακτινικής κατανομής g(r), η οποία δίνει την πιθανότητα εύρεσης οποιουδήποτε μορίου σε απόσταση r από το δεδομένο, επιλεγμένο ως σημείο αναφοράς. . Πειραματικά, αυτή η συνάρτηση μπορεί να βρεθεί μελετώντας τη διάθλαση ακτίνων Χ ή νετρονίων· είναι δυνατό να διεξαχθούν προσομοιώσεις σε υπολογιστή αυτής της συνάρτησης χρησιμοποιώντας τη Νευτώνεια μηχανική.

Η κινητική θεωρία του υγρού αναπτύχθηκε από τον Ya.I. Φρένκελ. Σε αυτή τη θεωρία, το υγρό θεωρείται, όπως στην περίπτωση ενός στερεού σώματος, ως ένα δυναμικό σύστημα αρμονικών ταλαντωτών. Αλλά σε αντίθεση με ένα στερεό σώμα, η θέση ισορροπίας των μορίων σε ένα υγρό είναι προσωρινή. Αφού ταλαντωθεί γύρω από μια θέση, το μόριο του υγρού μεταπηδά σε μια νέα θέση που βρίσκεται στη γειτονιά. Ένα τέτοιο άλμα συμβαίνει με τη δαπάνη ενέργειας. Ο μέσος χρόνος «καθιζημένης ζωής» ενός μορίου υγρού μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:

\[\left\langle t\right\rangle =t_0e^(\frac(W)(kT))\left(5\right),\]

όπου $t_0\ $ είναι η περίοδος των ταλαντώσεων γύρω από μια θέση ισορροπίας. Η ενέργεια που πρέπει να λάβει ένα μόριο για να μετακινηθεί από τη μια θέση στην άλλη ονομάζεται ενέργεια ενεργοποίησης W και ο χρόνος που το μόριο βρίσκεται στη θέση ισορροπίας ονομάζεται χρόνος «καθιζημένης ζωής» t.

Για ένα μόριο νερού, για παράδειγμα, σε θερμοκρασία δωματίου, ένα μόριο κάνει περίπου 100 δονήσεις και πηδά σε μια νέα θέση. Οι δυνάμεις έλξης μεταξύ των μορίων ενός υγρού είναι μεγάλες για τη διατήρηση του όγκου, αλλά η περιορισμένη καθιστική ζωή των μορίων οδηγεί στην εμφάνιση ενός τέτοιου φαινομένου όπως η ρευστότητα. Κατά τη διάρκεια των ταλαντώσεων των σωματιδίων κοντά στη θέση ισορροπίας, συγκρούονται συνεχώς μεταξύ τους, επομένως, ακόμη και μια μικρή συμπίεση του υγρού οδηγεί σε απότομη «σκλήρυνση» των συγκρούσεων σωματιδίων. Αυτό σημαίνει απότομη αύξηση της πίεσης του υγρού στα τοιχώματα του δοχείου στο οποίο συμπιέζεται.

Παράδειγμα 1

Εργασία: Προσδιορίστε την ειδική θερμοχωρητικότητα του χαλκού. Ας υποθέσουμε ότι η θερμοκρασία του χαλκού είναι κοντά στο σημείο τήξης. (Μοριακή μάζα χαλκού $\mu =63\cdot 10^(-3)\frac(kg)(mol))$

Σύμφωνα με τους νόμους Dulong και Petit, ένα mole χημικά απλών ουσιών σε θερμοκρασίες κοντά στο σημείο τήξης έχει θερμική ικανότητα:

Ειδική θερμοχωρητικότητα χαλκού:

\[C=\frac(c)(\mu )\to C=\frac(3R)(\mu )\left(1.2\right),\] \[C=\frac(3\cdot 8,31) (63\cdot 10^(-3))=0,39\ \cdot 10^3(\frac(J)(kgK))\]

Απάντηση: Η ειδική θερμοχωρητικότητα του χαλκού είναι $0,39\ \cdot 10^3\left(\frac(J)(kgK)\right).$

Εργασία: Εξηγήστε με απλοποιημένο τρόπο από τη σκοπιά της φυσικής τη διαδικασία διάλυσης του άλατος (NaCl) στο νερό.

Η βάση της σύγχρονης θεωρίας των λύσεων δημιουργήθηκε από τον D.I. Μεντελέεφ. Βρήκε ότι κατά τη διάλυση, δύο διεργασίες συμβαίνουν ταυτόχρονα: φυσική - η ομοιόμορφη κατανομή των σωματιδίων της διαλυμένης ουσίας σε όλο τον όγκο του διαλύματος και χημική - η αλληλεπίδραση του διαλύτη με τη διαλυμένη ουσία. Μας ενδιαφέρει η φυσική διαδικασία. Τα μόρια του αλατιού δεν καταστρέφουν τα μόρια του νερού. Σε αυτή την περίπτωση, θα ήταν αδύνατο να εξατμιστεί το νερό. Εάν τα μόρια άλατος ήταν συνδεδεμένα με μόρια νερού, θα παίρναμε κάποια νέα ουσία. Και τα μόρια αλατιού δεν μπορούν να διεισδύσουν μέσα στα μόρια του νερού.

Ένας δεσμός ιόντος-διπόλου εμφανίζεται μεταξύ των ιόντων Na+ και Cl- του χλωρίου και των μορίων του πολικού νερού. Αποδεικνύεται ότι είναι ισχυρότερο από τους ιοντικούς δεσμούς στα μόρια του άλατος. Ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας, ο δεσμός μεταξύ των ιόντων που βρίσκονται στην επιφάνεια των κρυστάλλων NaCl εξασθενεί, τα ιόντα νατρίου και χλωρίου αποσπώνται από τον κρύσταλλο και μόρια νερού σχηματίζουν γύρω τους τα λεγόμενα κελύφη ενυδάτωσης. Τα διαχωρισμένα ενυδατωμένα ιόντα υπό την επίδραση της θερμικής κίνησης κατανέμονται ομοιόμορφα μεταξύ των μορίων του διαλύτη.