การเคลื่อนที่ของโมเลกุลในก๊าซ ของเหลว และของแข็ง ของแข็ง ของเหลว ก๊าซ - โมเลกุลเคลื่อนที่อย่างไร

ในก๊าซ ระยะห่างระหว่างโมเลกุลและอะตอมมักจะใหญ่กว่าขนาดของโมเลกุลมาก และแรงดึงดูดจะน้อยมาก ดังนั้นก๊าซจึงไม่มีรูปร่างและปริมาตรคงที่ในตัวเอง ก๊าซถูกบีบอัดได้ง่ายเนื่องจากแรงผลักที่ระยะห่างมากก็มีน้อยเช่นกัน ก๊าซมีคุณสมบัติขยายตัวไปเรื่อย ๆ เติมปริมาตรทั้งหมดที่มีให้ โมเลกุลของแก๊สเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมาก ชนกัน กระเด็นออกจากกันในทิศทางต่างๆ ผลกระทบมากมายของโมเลกุลบนผนังของหลอดเลือดสร้างขึ้น แรงดันแก๊ส.

การเคลื่อนที่ของโมเลกุลในของเหลว

ในของเหลว โมเลกุลไม่เพียงแต่แกว่งไปรอบๆ ตำแหน่งสมดุลเท่านั้น แต่ยังกระโดดจากตำแหน่งสมดุลหนึ่งไปอีกตำแหน่งหนึ่งด้วย การกระโดดเหล่านี้เกิดขึ้นเป็นระยะ ช่วงเวลาระหว่างการกระโดดดังกล่าวเรียกว่า เวลาเฉลี่ยของชีวิตที่ตั้งรกราก(หรือ เวลาพักผ่อนเฉลี่ย) และเขียนแทนด้วยตัวอักษร ?. กล่าวอีกนัยหนึ่ง เวลาผ่อนคลายคือเวลาของการสั่นรอบตำแหน่งสมดุลเฉพาะตำแหน่งหนึ่ง ที่อุณหภูมิห้อง เวลานี้เฉลี่ย 10 -11 วินาที เวลาของการสั่นหนึ่งครั้งคือ 10 -12 ... 10 -13 วินาที

เวลาของชีวิตจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ระยะห่างระหว่างโมเลกุลของของเหลวมีขนาดเล็กกว่าขนาดของโมเลกุล อนุภาคอยู่ใกล้กัน และแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลมีขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม การเรียงตัวของโมเลกุลของของเหลวไม่ได้เรียงลำดับอย่างเข้มงวดตลอดปริมาตร

ของเหลวเช่นเดียวกับของแข็ง มีปริมาตร แต่ไม่มีรูปร่างของตัวเอง ดังนั้นพวกเขาจึงอยู่ในรูปของเรือที่พวกเขาอยู่ ของเหลวมีคุณสมบัติ ความลื่นไหล. ด้วยคุณสมบัตินี้ ของเหลวจึงไม่ต้านทานการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง บีบอัดเพียงเล็กน้อย และคุณสมบัติทางกายภาพของของเหลวจะเหมือนกันในทุกทิศทางภายในของเหลว (ไอโซโทรปีของของเหลว) เป็นครั้งแรกที่ธรรมชาติของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลในของเหลวถูกกำหนดขึ้นโดยนักฟิสิกส์ชาวโซเวียต Yakov Ilyich Frenkel (พ.ศ. 2437 - 2495)

การเคลื่อนที่ของโมเลกุลในของแข็ง

โมเลกุลและอะตอมของของแข็งถูกจัดเรียงตามลำดับและรูปแบบที่แน่นอน ตาข่ายคริสตัล. ของแข็งดังกล่าวเรียกว่าผลึก อะตอมแกว่งไปมารอบตำแหน่งสมดุล และแรงดึงดูดระหว่างกันนั้นแรงมาก ดังนั้นวัตถุที่เป็นของแข็งภายใต้สภาวะปกติจะรักษาปริมาตรและมีรูปร่างของมันเอง

การเคลื่อนที่ของโมเลกุลในแก๊ส

บทบัญญัติพื้นฐานของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล (การยืนยันเชิงทดลอง)

ที่แกนกลาง ทฤษฎีจลนพลศาสตร์ของโมเลกุลโครงสร้างของสสารอยู่ในสามตำแหน่ง:

1. ร่างกายทั้งหมดประกอบด้วยอนุภาค (อะตอม โมเลกุล ไอออน ฯลฯ );

2. อนุภาคเคลื่อนที่แบบสุ่มอย่างต่อเนื่อง

3. อนุภาคมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน

22)การเคลื่อนที่แบบบราวเนียน- การเคลื่อนไหวที่วุ่นวายของกล้องจุลทรรศน์ที่มองเห็นได้ซึ่งแขวนลอยอยู่ในของเหลว (หรือก๊าซ) อนุภาคของสารที่เป็นของแข็ง (อนุภาคฝุ่น, อนุภาคของละอองเรณูของพืชและอื่น ๆ ) เกิดจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอนุภาคของของเหลว (หรือก๊าซ) แนวคิดของ "การเคลื่อนที่แบบบราวเนียน" และ "การเคลื่อนที่ด้วยความร้อน" ไม่ควรสับสน: การเคลื่อนที่แบบบราวน์เป็นผลสืบเนื่องและเป็นหลักฐานของการมีอยู่ของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน

23) ตุ่น(การกำหนดของรัสเซีย: ตุ่น; ระหว่างประเทศ: โมล) เป็นหน่วยวัดปริมาณของสารในระบบหน่วยสากล (SI) ซึ่งเป็นหนึ่งในหน่วยฐาน SI เจ็ดหน่วย

โมลถูกนำมาใช้เป็นหน่วย SI โดยการประชุมใหญ่สามัญ XIV ว่าด้วยน้ำหนักและการวัดในปี 1971 คำจำกัดความที่ถูกต้องของโมลมีสูตรดังนี้:

โมลคือปริมาณของสารในระบบที่มีองค์ประกอบโครงสร้างมากเท่ากับที่มีอะตอมในคาร์บอน-12 โดยมีมวล 0.012 กิโลกรัม เมื่อใช้โมล ต้องระบุองค์ประกอบโครงสร้างและอาจเป็นอะตอม โมเลกุล ไอออน อิเล็กตรอน และอนุภาคอื่นๆ หรือกลุ่มของอนุภาคที่ระบุ

หมายเลขของอาโวกาโดร, ค่าคงที่อาโวกาโดร- ค่าคงที่ทางกายภาพเป็นตัวเลขเท่ากับจำนวนหน่วยโครงสร้างที่ระบุ (อะตอม โมเลกุล ไอออน อิเล็กตรอน หรืออนุภาคอื่นใด) ใน 1 โมลของสาร กำหนดเป็นจำนวนอะตอมใน 12 กรัม (พอดี) ของไอโซโทปคาร์บอน-12 บริสุทธิ์ มักจะแสดงเป็น เอ็น A ไม่ค่อยชอบ แอล .

เอ็น A = 6.022 141 29(27) 10 23 โมล −1 .

ในก๊าซ ระยะห่างระหว่างโมเลกุลและอะตอมมักจะใหญ่กว่าขนาดของโมเลกุลมาก และ กองกำลังที่น่าดึงดูดขนาดเล็กมาก. ดังนั้นก๊าซจึงไม่มีรูปร่างและปริมาตรคงที่ในตัวเอง ก๊าซถูกบีบอัดได้ง่ายเนื่องจากแรงผลักที่ระยะห่างมากก็มีน้อยเช่นกัน ก๊าซมีคุณสมบัติขยายตัวไปเรื่อย ๆ เติมปริมาตรทั้งหมดที่มีให้ โมเลกุลของแก๊สเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมาก ชนกัน กระเด็นออกจากกันในทิศทางต่างๆ ผลกระทบมากมายของโมเลกุลบนผนังของหลอดเลือดสร้างขึ้น แรงดันแก๊ส.

เวลาของชีวิตจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ระยะห่างระหว่างโมเลกุลของของเหลวน้อยกว่าขนาดของโมเลกุล อนุภาคอยู่ใกล้กัน และ แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลยอดเยี่ยม. อย่างไรก็ตาม การเรียงตัวของโมเลกุลของของเหลวไม่ได้เรียงลำดับอย่างเข้มงวดตลอดปริมาตร

ของเหลวเช่นเดียวกับของแข็ง มีปริมาตร แต่ไม่มีรูปร่างของตัวเอง ดังนั้นพวกเขาจึงอยู่ในรูปของเรือที่พวกเขาอยู่ ของเหลวมีคุณสมบัติ ความลื่นไหล. เนื่องจากคุณสมบัตินี้ ของเหลวจึงไม่ต้านทานการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง บีบอัดเพียงเล็กน้อย และคุณสมบัติทางกายภาพของของเหลวจะเหมือนกันในทุกทิศทางภายในของเหลว (ไอโซโทรปีของของเหลว) เป็นครั้งแรกที่ธรรมชาติของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลในของเหลวถูกกำหนดขึ้นโดยนักฟิสิกส์ชาวโซเวียต Yakov Ilyich Frenkel (พ.ศ. 2437 - 2495)

สภาวะสมดุลทางความร้อนคือสถานะของระบบอุณหพลศาสตร์ที่มันผ่านไปเองตามธรรมชาติหลังจากระยะเวลานานเพียงพอภายใต้เงื่อนไขการแยกตัวจากสิ่งแวดล้อม

อุณหภูมิเป็นปริมาณทางกายภาพที่แสดงลักษณะของพลังงานจลน์เฉลี่ยของอนุภาคของระบบมหภาคในสภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ ในสภาวะสมดุล อุณหภูมิจะมีค่าเท่ากันสำหรับส่วนมหภาคทั้งหมดของระบบ

องศาเซลเซียส(เครื่องหมาย: องศาเซลเซียส) เป็นหน่วยอุณหภูมิทั่วไปที่ใช้ในระบบหน่วยสากล (SI) ร่วมกับหน่วยเคลวิน

เครื่องวัดอุณหภูมิทางการแพทย์แบบปรอท

เครื่องวัดอุณหภูมิเชิงกล

องศาเซลเซียส ได้รับการตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดนชื่อ แอนเดอร์ เซลเซียส ซึ่งในปี ค.ศ. 1742 ได้เสนอมาตราส่วนใหม่สำหรับการวัดอุณหภูมิ ศูนย์ในระดับเซลเซียสคือจุดหลอมเหลวของน้ำแข็ง และ 100° คือจุดเดือดของน้ำที่ความดันบรรยากาศมาตรฐาน (เริ่มแรกเซลเซียสใช้อุณหภูมิหลอมละลายของน้ำแข็งที่ 100 ° และจุดเดือดของน้ำที่ 0 ° และหลังจากนั้น Carl Linnaeus ร่วมสมัยของเขาก็ "เปลี่ยน" มาตราส่วนนี้) สเกลนี้เป็นเชิงเส้นในช่วง 0-100° และยังต่อเนื่องเป็นเส้นตรงในบริเวณที่ต่ำกว่า 0° และสูงกว่า 100° ความเป็นเชิงเส้นเป็นปัญหาหลักในการวัดอุณหภูมิที่แม่นยำ พอจะกล่าวได้ว่าเทอร์โมมิเตอร์แบบคลาสสิกที่เต็มไปด้วยน้ำไม่สามารถทำเครื่องหมายที่อุณหภูมิต่ำกว่า 4 องศาเซลเซียสได้ เนื่องจากในช่วงนี้น้ำจะเริ่มขยายตัวอีกครั้ง

คำจำกัดความเดิมขององศาเซลเซียสขึ้นอยู่กับคำจำกัดความของความดันบรรยากาศมาตรฐาน เนื่องจากทั้งจุดเดือดของน้ำและจุดหลอมเหลวของน้ำแข็งขึ้นอยู่กับความดัน สิ่งนี้ไม่สะดวกมากสำหรับการกำหนดมาตรฐานหน่วยวัด ดังนั้นหลังจากใช้เคลวิน K เป็นหน่วยพื้นฐานของอุณหภูมิ คำจำกัดความขององศาเซลเซียสจึงได้รับการแก้ไข

ตามคำจำกัดความสมัยใหม่ องศาเซลเซียสเท่ากับหนึ่งเคลวิน K และศูนย์ของมาตราส่วนเซลเซียสถูกตั้งค่าเพื่อให้อุณหภูมิของจุดสามจุดของน้ำเท่ากับ 0.01 °C ส่งผลให้มาตราส่วนเซลเซียสและเคลวินเปลี่ยนไป 273.15:

26)ก๊าซในอุดมคติ- แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของก๊าซซึ่งสันนิษฐานว่าพลังงานศักย์ของการปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลสามารถถูกละเลยเมื่อเปรียบเทียบกับพลังงานจลน์ของพวกมัน ไม่มีแรงดึงดูดหรือแรงผลักระหว่างโมเลกุล การชนกันของอนุภาคระหว่างตัวมันเองและกับผนังของภาชนะนั้นยืดหยุ่นได้อย่างสมบูรณ์ และเวลาของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลนั้นน้อยมากเมื่อเทียบกับเวลาเฉลี่ยระหว่างการชนกัน

, ที่ไหน เคคือค่าคงที่ของ Boltzmann (อัตราส่วนของค่าคงที่ของก๊าซสากล รถึงจำนวนอาโวกาโดร เอ็น เอ), ผม- จำนวนองศาอิสระของโมเลกุล (ในปัญหาส่วนใหญ่เกี่ยวกับก๊าซในอุดมคติ ซึ่งถือว่าโมเลกุลเป็นทรงกลมที่มีรัศมีขนาดเล็ก ซึ่งอะนาล็อกทางกายภาพของก๊าซนี้สามารถเป็นก๊าซเฉื่อยได้) และ ตคืออุณหภูมิสัมบูรณ์

สมการพื้นฐานของ MKT เชื่อมต่อพารามิเตอร์ระดับมหภาค (ความดัน ปริมาตร อุณหภูมิ) ของระบบก๊าซกับค่าด้วยกล้องจุลทรรศน์ (มวลโมเลกุล ความเร็วเฉลี่ยของการเคลื่อนที่)

พลังงานจลน์ของโมเลกุล

ในแก๊ส โมเลกุลจะเคลื่อนที่อย่างอิสระ (แยกจากโมเลกุลอื่น) โดยจะชนกันหรือชนกับผนังของภาชนะเป็นครั้งคราวเท่านั้น ตราบใดที่โมเลกุลยังเคลื่อนที่อิสระ ก็จะมีพลังงานจลน์เท่านั้น ในระหว่างการชน โมเลกุลยังมีพลังงานศักย์ ดังนั้น พลังงานทั้งหมดของแก๊สคือผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของโมเลกุล ยิ่งก๊าซหายากมากเท่าใด โมเลกุลจำนวนมากขึ้นในแต่ละช่วงเวลาก็จะอยู่ในสถานะของการเคลื่อนที่อย่างอิสระโดยมีเพียงพลังงานจลน์เท่านั้น ดังนั้น เมื่อก๊าซหายากขึ้น ส่วนแบ่งของพลังงานศักย์จะลดลงเมื่อเปรียบเทียบกับพลังงานจลน์

ปานกลางพลังงานจลน์ของโมเลกุลในสภาวะสมดุลของแก๊สอุดมคติมีคุณลักษณะที่สำคัญอย่างหนึ่ง: ในส่วนผสมของแก๊สต่างๆ พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลสำหรับส่วนประกอบต่างๆ ของส่วนผสมจะเท่ากัน

ตัวอย่างเช่น อากาศเป็นส่วนผสมของก๊าซ พลังงานเฉลี่ยของโมเลกุลอากาศสำหรับส่วนประกอบทั้งหมดภายใต้สภาวะปกติ ซึ่งอากาศยังถือได้ว่าเป็นก๊าซในอุดมคติจะเท่ากัน คุณสมบัติของก๊าซในอุดมคตินี้สามารถพิสูจน์ได้บนพื้นฐานของการพิจารณาทางสถิติทั่วไป ผลลัพธ์ที่สำคัญตามมา: หากก๊าซสองชนิด (ในภาชนะที่แตกต่างกัน) อยู่ในสมดุลทางความร้อนซึ่งกันและกัน พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลของพวกมันจะเท่ากัน

ในก๊าซ ระยะห่างระหว่างโมเลกุลและอะตอมมักจะมากกว่าขนาดของโมเลกุลเอง แรงปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลมีไม่มาก เป็นผลให้ก๊าซไม่มีรูปร่างและปริมาตรคงที่ ก๊าซสามารถบีบอัดได้ง่ายและสามารถขยายตัวได้อย่างไม่มีกำหนด โมเลกุลของแก๊สเคลื่อนที่อย่างอิสระ (แปลได้ว่า พวกมันสามารถหมุนได้) มีเพียงบางครั้งเท่านั้นที่ชนกับโมเลกุลอื่นและผนังของภาชนะที่มีแก๊สตั้งอยู่ และพวกมันจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมาก

การเคลื่อนที่ของอนุภาคในของแข็ง

โครงสร้างของของแข็งนั้นแตกต่างจากโครงสร้างของก๊าซโดยพื้นฐาน ในระยะทางระหว่างโมเลกุลมีขนาดเล็กและพลังงานศักย์ของโมเลกุลเทียบได้กับพลังงานจลน์ อะตอม (หรือไอออนหรือทั้งโมเลกุล) ไม่สามารถเรียกว่าเคลื่อนที่ไม่ได้ พวกมันทำการเคลื่อนที่แบบสั่นแบบสุ่มรอบตำแหน่งตรงกลาง ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้น พลังงานของการสั่นก็จะยิ่งมากขึ้น และด้วยเหตุนี้แอมพลิจูดเฉลี่ยของการสั่นก็จะยิ่งมากขึ้น การสั่นสะเทือนทางความร้อนของอะตอมยังอธิบายความจุความร้อนของของแข็งด้วย ให้เราพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของอนุภาคในของแข็งที่เป็นผลึก คริสตัลทั้งหมดโดยรวมเป็นระบบออสซิลเลเตอร์คู่ที่ซับซ้อนมาก การเบี่ยงเบนของอะตอมจากตำแหน่งเฉลี่ยมีเพียงเล็กน้อย ดังนั้นเราจึงสันนิษฐานได้ว่าอะตอมอยู่ภายใต้การกระทำของแรงกึ่งยืดหยุ่นที่เป็นไปตามกฎของฮุคเชิงเส้น ระบบสั่นดังกล่าวเรียกว่าเส้นตรง

มีการพัฒนาทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ของระบบภายใต้การสั่นเชิงเส้น มันพิสูจน์ทฤษฎีบทที่สำคัญมากซึ่งมีสาระสำคัญดังนี้ หากระบบทำการสั่นที่เชื่อมต่อกันขนาดเล็ก (เชิงเส้น) จากนั้นโดยการแปลงพิกัด มันสามารถลดลงอย่างเป็นทางการให้เป็นระบบของออสซิลเลเตอร์อิสระ (ซึ่งสมการการสั่นไม่ได้ขึ้นอยู่กับกันและกัน) ระบบออสซิลเลเตอร์อิสระทำตัวเหมือนก๊าซในอุดมคติในแง่ที่ว่าอะตอมของออสซิลเลเตอร์หลังสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นอิสระเช่นกัน

มันใช้แนวคิดเรื่องความเป็นอิสระของอะตอมของก๊าซที่เรามาถึงกฎของ Boltzmann ข้อสรุปที่สำคัญมากนี้เป็นพื้นฐานที่ง่ายและเชื่อถือได้สำหรับทฤษฎีของแข็งทั้งหมด

กฎของโบลต์ซมันน์

จำนวนออสซิลเลเตอร์ที่มีพารามิเตอร์ที่กำหนด (พิกัดและความเร็ว) ถูกกำหนดในลักษณะเดียวกับจำนวนโมเลกุลของก๊าซในสถานะที่กำหนด ตามสูตร:

พลังงานออสซิลเลเตอร์

กฎของ Boltzmann (1) ในทฤษฎีของวัตถุทึบไม่มีข้อจำกัด อย่างไรก็ตาม สูตร (2) สำหรับพลังงานของออสซิลเลเตอร์นั้นนำมาจากกลศาสตร์คลาสสิก ในการพิจารณาทางทฤษฎีของของแข็ง จำเป็นต้องพึ่งพากลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือการเปลี่ยนแปลงพลังงานของออสซิลเลเตอร์แบบไม่ต่อเนื่อง ความไม่ต่อเนื่องของพลังงานออสซิลเลเตอร์จะไม่มีนัยสำคัญเฉพาะเมื่อค่าพลังงานสูงเพียงพอ ซึ่งหมายความว่า (2) สามารถใช้งานได้ในอุณหภูมิที่สูงเพียงพอเท่านั้น ที่อุณหภูมิสูงของของแข็งใกล้กับจุดหลอมเหลว กฎของ Boltzmann แสดงถึงกฎของการกระจายพลังงานที่สม่ำเสมอเหนือระดับความอิสระ หากในก๊าซสำหรับระดับอิสระแต่ละระดับ โดยเฉลี่ยมีจำนวนพลังงานเท่ากับ (1/2) kT แสดงว่าออสซิลเลเตอร์มีระดับอิสระหนึ่งระดับ นอกเหนือจากจลนศาสตร์แล้ว ยังมีพลังงานศักย์ ดังนั้น ระดับความอิสระ 1 ระดับในของแข็งที่มีอุณหภูมิสูงพอจะมีพลังงานเท่ากับ kT ตามกฎหมายนี้ การคำนวณพลังงานภายในทั้งหมดของของแข็งนั้นไม่ใช่เรื่องยาก และหลังจากนั้นก็คือความจุความร้อน โมลของของแข็งประกอบด้วยอะตอมของ NA และแต่ละอะตอมมีระดับอิสระสามระดับ ดังนั้นโมลจึงมีออสซิลเลเตอร์ 3 NA พลังงานโมลของร่างกายที่เป็นของแข็ง

และความจุความร้อนโมลาร์ของของแข็งที่อุณหภูมิสูงเพียงพอ

ประสบการณ์ยืนยันกฎหมายนี้

ของเหลวครอบครองตำแหน่งกึ่งกลางระหว่างก๊าซและของแข็ง โมเลกุลของของเหลวจะไม่แยกออกจากกันในระยะทางไกล และของเหลวภายใต้สภาวะปกติจะคงปริมาตรไว้ แต่ไม่เหมือนของแข็ง โมเลกุลไม่เพียงแต่แกว่งไปมาเท่านั้น แต่ยังกระโดดจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งด้วย นั่นคือ พวกมันเคลื่อนไหวอย่างอิสระ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ของเหลวจะเดือด (มีจุดเดือดที่เรียกว่า) และกลายเป็นก๊าซ เมื่ออุณหภูมิลดลง ของเหลวจะตกผลึกและกลายเป็นของแข็ง มีจุดหนึ่งในฟิลด์อุณหภูมิที่ขอบเขตระหว่างก๊าซ (ไออิ่มตัว) และของเหลวหายไป (จุดวิกฤต) รูปแบบของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลในของเหลวใกล้กับอุณหภูมิการแข็งตัวจะคล้ายกันมากกับพฤติกรรมของโมเลกุลในของแข็ง ตัวอย่างเช่น ค่าสัมประสิทธิ์ความจุความร้อนเกือบจะเท่ากัน เนื่องจากความจุความร้อนของสารระหว่างการหลอมละลายเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย จึงสรุปได้ว่าธรรมชาติของการเคลื่อนที่ของอนุภาคในของเหลวนั้นใกล้เคียงกับการเคลื่อนที่ในของแข็ง (ที่อุณหภูมิหลอมเหลว) เมื่อได้รับความร้อน คุณสมบัติของของเหลวจะค่อยๆ เปลี่ยนไป และจะกลายเป็นเหมือนก๊าซมากขึ้น ในของเหลว พลังงานจลน์เฉลี่ยของอนุภาคจะน้อยกว่าพลังงานศักย์ของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล พลังงานของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลในของเหลวและของแข็งแตกต่างกันเล็กน้อย หากเราเปรียบเทียบความร้อนของการหลอมรวมกับความร้อนของการระเหย เราจะเห็นว่าในระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งของการรวมตัวไปสู่อีกสถานะหนึ่ง ความร้อนของการหลอมรวมจะต่ำกว่าความร้อนของการกลายเป็นไออย่างมาก คำอธิบายทางคณิตศาสตร์ที่เพียงพอเกี่ยวกับโครงสร้างของของเหลวสามารถได้รับความช่วยเหลือจากฟิสิกส์สถิติเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ถ้าของเหลวประกอบด้วยโมเลกุลทรงกลมที่เหมือนกัน โครงสร้างของมันสามารถอธิบายได้ด้วยฟังก์ชันการกระจายในแนวรัศมี g(r) ซึ่งจะให้ความน่าจะเป็นในการค้นหาโมเลกุลใดๆ ที่ระยะ r จากโมเลกุลที่กำหนด ซึ่งถูกเลือกเป็นจุดอ้างอิง . จากการทดลอง ฟังก์ชันนี้สามารถพบได้โดยการศึกษาการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์หรือนิวตรอน เป็นไปได้ที่จะทำการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ของฟังก์ชันนี้โดยใช้กลศาสตร์นิวตัน

ทฤษฎีจลน์ศาสตร์ของของเหลวได้รับการพัฒนาโดย Ya.I. เฟรนเคล. ในทฤษฎีนี้ ของเหลวถือเป็นระบบไดนามิกของฮาร์มอนิกออสซิลเลเตอร์ เช่นเดียวกับในกรณีของร่างกายที่เป็นของแข็ง แต่ตำแหน่งสมดุลของโมเลกุลในของเหลวนั้นไม่เหมือนกับวัตถุที่เป็นของแข็ง หลังจากแกว่งไปรอบๆ ตำแหน่งหนึ่ง โมเลกุลของของเหลวจะกระโดดไปยังตำแหน่งใหม่ที่อยู่ในบริเวณใกล้เคียง การกระโดดดังกล่าวเกิดขึ้นกับการใช้พลังงาน เวลา "ชำระชีวิต" เฉลี่ยของโมเลกุลของเหลวสามารถคำนวณได้ดังนี้:

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

โดยที่ $t_0\ $ คือระยะเวลาของการสั่นรอบตำแหน่งสมดุลหนึ่งตำแหน่ง พลังงานที่โมเลกุลต้องได้รับเพื่อเคลื่อนที่จากตำแหน่งหนึ่งไปอีกตำแหน่งหนึ่งเรียกว่าพลังงานกระตุ้น W และเวลาที่โมเลกุลอยู่ในตำแหน่งสมดุลเรียกว่า "ชีวิตที่สงบ" เวลา t

ตัวอย่างเช่น สำหรับโมเลกุลของน้ำ ที่อุณหภูมิห้อง โมเลกุลหนึ่งจะสร้างการสั่นสะเทือนประมาณ 100 ครั้งและกระโดดไปยังตำแหน่งใหม่ แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของของเหลวมีผลดีต่อการรักษาปริมาตร แต่อายุที่จำกัดของโมเลกุลนำไปสู่การเกิดขึ้นของปรากฏการณ์เช่นการไหล ในระหว่างการสั่นของอนุภาคใกล้กับตำแหน่งสมดุล พวกมันชนกันอย่างต่อเนื่อง ดังนั้น แม้แต่การบีบอัดของเหลวเพียงเล็กน้อยก็นำไปสู่การชนกันของอนุภาคที่ "แข็งตัว" อย่างรวดเร็ว ซึ่งหมายถึงความดันของของเหลวที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วบนผนังของภาชนะที่ถูกบีบอัด

ตัวอย่างที่ 1

งาน: กำหนดความจุความร้อนจำเพาะของทองแดง สมมติว่าทองแดงมีอุณหภูมิใกล้เคียงกับจุดหลอมเหลว (มวลโมลาร์ของทองแดง $\mu =63\cdot 10^(-3)\frac(kg)(mol))$

ตามกฎของ Dulong และ Petit โมลของสารทางเคมีอย่างง่ายที่อุณหภูมิใกล้กับจุดหลอมเหลวมีความจุความร้อน:

ความจุความร้อนจำเพาะของทองแดง:

\[C=\frac(c)(\mu )\to C=\frac(3R)(\mu )\left(1.2\right),\] \[C=\frac(3\cdot 8,31) (63\cdot 10^(-3))=0.39\ \cdot 10^3(\frac(J)(kgK))\]

คำตอบ: ความจุความร้อนจำเพาะของทองแดงคือ $0.39\ \cdot 10^3\left(\frac(J)(kgK)\right).$

ภารกิจ: อธิบายอย่างง่ายจากมุมมองของฟิสิกส์เกี่ยวกับกระบวนการละลายเกลือ (NaCl) ในน้ำ

พื้นฐานของทฤษฎีการแก้ปัญหาสมัยใหม่ถูกสร้างขึ้นโดย D.I. เมนเดเลเยฟ. เขาพบว่าระหว่างการละลาย กระบวนการสองอย่างเกิดขึ้นพร้อมกัน: ทางกายภาพ - การกระจายอนุภาคของสารที่ละลายอย่างสม่ำเสมอตลอดปริมาตรของสารละลาย และเคมี - ปฏิสัมพันธ์ของตัวทำละลายกับสารที่ละลาย เราสนใจกระบวนการทางกายภาพ โมเลกุลของเกลือไม่ทำลายโมเลกุลของน้ำ ในกรณีนี้จะทำให้น้ำระเหยไปไม่ได้ ถ้าโมเลกุลของเกลือจับกับโมเลกุลของน้ำ เราก็จะได้สารใหม่ และโมเลกุลของเกลือไม่สามารถแทรกซึมเข้าไปในโมเลกุลของน้ำได้

พันธะไอออนไดโพลเกิดขึ้นระหว่าง Na+ และ Cl-ion ของคลอรีนและโมเลกุลของน้ำมีขั้ว มันกลายเป็นว่าแข็งแกร่งกว่าพันธะไอออนิกในโมเลกุลของเกลือ ผลจากกระบวนการนี้ พันธะระหว่างไอออนที่อยู่บนพื้นผิวของผลึก NaCl อ่อนตัวลง ไอออนของโซเดียมและคลอรีนจะหลุดออกจากผลึก และโมเลกุลของน้ำจะก่อตัวขึ้นรอบๆ พวกมันเรียกว่าเปลือกไฮเดรชั่น ไอออนไฮเดรตที่แยกออกมาภายใต้อิทธิพลของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนจะกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอระหว่างโมเลกุลของตัวทำละลาย