Молекулярно-кинетическая теория

Поделись знанием:


Ты - не раб!
Закрытый образовательный курс для детей элиты: "Истинное обустройство мира".
http://noslave.org

Перейти к: навигация, поиск

Молекулярно-кинетическая теория (сокращённо МКТ) — теория, возникшая в XIX веке и рассматривающая строение вещества, в основном газов, с точки зрения трёх основных приближенно верных положений:

МКТ в своё время была одной из самых успешных физических теорий и была подтверждена целым рядом опытных фактов. Основными доказательствами положений МКТ стали:

На основе МКТ развит целый ряд разделов современной физики, в частности, физическая кинетика и статистическая механика. В этих разделах физики изучаются не только молекулярные (атомные или ионные) системы, находящиеся не только в «тепловом» движении, и взаимодействующие не только через абсолютно упругие столкновения. Термин же молекулярно-кинетическая теория в современной теоретической физике уже практически не используется, хотя он встречается в учебниках по курсу общей физики.







История теории

Фундаментом МКТ является атомическая гипотеза, согласно которой чувственно воспринимаемые (материальные) вещи состоят из химически неделимых частиц — атомов. 2500 лет назад в Древней Греции зародилась атомическая гипотеза, её авторами являются Левкипп и Демокрит из Абдеры.

В 1738 Даниил Бернулли опубликовал труд «Гидродинамика», в котором заложил основы МКТ.

Началом становления МКТ послужила теория М. В. Ломоносова[1][2]. Ломоносов опытным путём опроверг теории о теплороде и флогистоне, подготовив тем самым молекулярно-кинетическую теорию XIX века Рудольфа Клаузиуса, Людвига Больцмана и Джеймса Максвелла.

Основное уравнение МКТ

Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл <code>texvc</code> не найден; См. math/README — справку по настройке.): p= \frac{1}{3}m_0nv^2 . Основное уравнение МКТ связывает макроскопические параметры (давление, объём, температура) термодинамической системы с микроскопическими (масса молекул, средняя скорость их движения).

Упрощенный вывод основного уравнения МКТ

Пусть имеется Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл <code>texvc</code> не найден; См. math/README — справку по настройке.): N частиц массой Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл <code>texvc</code> не найден; См. math/README — справку по настройке.): m_0 в некотором кубическом сосуде.

Так как молекулы движутся хаотически, то события, состоящие в движении в одном из шести независимых направлений пространства, совпадающих с осями декартовой системы координат, равновероятны.

Поэтому, в каждом из этих направлении движется Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл <code>texvc</code> не найден; См. math/README — справку по настройке.): \frac{1}{6}N частиц.

Пусть все частицы обладают одинаковой скоростью Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл <code>texvc</code> не найден; См. math/README — справку по настройке.): v .

Каждая из частиц, сталкивающихся со стенкой, передаёт ей импульс Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл <code>texvc</code> не найден; См. math/README — справку по настройке.): \Delta P=2m_0v .

Если площадь стенки Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл <code>texvc</code> не найден; См. math/README — справку по настройке.): S , а концентрация - Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл <code>texvc</code> не найден; См. math/README — справку по настройке.): n , то количество частиц, сталкивающихся со стенкой за время Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл <code>texvc</code> не найден; См. math/README — справку по настройке.): \Delta t равно Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл <code>texvc</code> не найден; См. math/README — справку по настройке.): N=\frac{1}{6}nS\Delta tv .

Так как Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл <code>texvc</code> не найден; См. math/README — справку по настройке.): p=\frac{F}{S} , а Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл <code>texvc</code> не найден; См. math/README — справку по настройке.): F=\frac{\Delta P}{\Delta t}N - суммарная сила взаимодействия частиц со стенкой, то подставив соответствующие значения получим Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл <code>texvc</code> не найден; См. math/README — справку по настройке.): p= \frac{1}{3}m_0nv^2 ,

так как Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл <code>texvc</code> не найден; См. math/README — справку по настройке.): \bar{E_k} = \frac{1}{2}m\bar{v^2} , то Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл <code>texvc</code> не найден; См. math/README — справку по настройке.): p=\frac{2}{3}n \bar{E_k}

Уравнение среднеквадратичной скорости молекулы

Уравнение среднеквадратичной поступательной скорости молекулы легко выводится из основного уравнения МКТ для одного моля идеального газа.

Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл <code>texvc</code> не найден; См. math/README — справку по настройке.): E_k = \frac{1}{2}m\bar{v^2} = \frac{3}{2}kT ,

Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл <code>texvc</code> не найден; См. math/README — справку по настройке.): N_a m = M , где Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл <code>texvc</code> не найден; См. math/README — справку по настройке.): M  — молярная масса газа, Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл <code>texvc</code> не найден; См. math/README — справку по настройке.): m  — масса молекулы газа.

Отсюда окончательно:

Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл <code>texvc</code> не найден; См. math/README — справку по настройке.): \bar{v} = \sqrt{\frac{3kTN_A}{M}} = \sqrt{\frac{3RT}{M}} [3]

См. также

Напишите отзыв о статье "Молекулярно-кинетическая теория"

Примечания

  1. Фигуровский Н. А. Очерк общей истории химии. От древнейших времен до начала XIX в. — М.: Наука, 1969
  2. Михаил Васильевич Ломоносов. Избранные произведения в 2-х томах. М.: Наука. 1986
  3. Сивухин Д. В. Термодинамика и молекулярная физика // Общий курс физики. — М.: Наука, 1975. — Т. II. — С. 258. — 38 000 экз.

Литература


Отрывок, характеризующий Молекулярно-кинетическая теория

– Ну, конечно же, Изидора! Мы знали всех, только далеко не всех доводилось увидеть. Некоторых, думаю, знала и ты. Но разрешишь ли сперва закончить про Светодара? Его судьба оказалась сложной и странной. Тебе интересно будет о ней узнать? – Я лишь кивнула, и Север продолжил... – После рождения его чудной дочурки, Светодар решился, наконец, исполнить желание Радана... Помнишь, умирая, Радан просил его пойти к Богам?
– Да, но разве это было серьёзно?!.. К каким «богам» он мог его посылать? На Земле ведь давно уже нет живущих Богов!..
– Ты не совсем права, мой друг... Может это и не совсем то, что люди подразумевают под Богами, но на Земле всегда находится кто-то из тех, кто временно занимает их место. Кто наблюдает, чтобы Земля не подошла к обрыву, и не пришёл бы жизни на ней страшный и преждевременный конец. Мир ещё не родился, Изидора, ты знаешь это. Земле ещё нужна постоянная помощь. Но люди не должны об этом ведать... Они должны выбираться сами. Иначе помощь принесёт только лишь вред. Поэтому, Радан не был так уж неправ, посылая Светодара к тем, кто наблюдает. Он знал, что к нам Светодар никогда не пойдёт. Вот и пытался спасти его, оградить от несчастья. Светодар ведь был прямым потомком Радомира, его первенцем-сыном. Он был самым опасным из всех, потому что был самым близким. И если б его убили, никогда уже не продолжился бы этот чудесный и светлый Род.
Простившись со своей милой, ласковой Маргаритой, и покачав в последний раз маленькую Марию, Светодар отправился в очень далёкий и непростой путь... В незнакомую северную страну, туда, где жил тот, к кому посылал его Радан. И звали которого – Странником...
Пройдёт ещё очень много лет перед тем, как Светодар вернётся домой. Вернётся, чтобы погибнуть... Но он проживёт полную и яркую Жизнь... Обретёт Знание и Понимание мира. Найдёт то, за чем так долго и упорно шёл...
Я покажу тебе их, Изидора... Покажу то, что ещё никогда и никому не показывал.
Вокруг повеяло холодом и простором, будто я неожиданно окунулась в вечность... Ощущение было непривычным и странным – от него в то же время веяло радостью и тревогой... Я казалась себе маленькой и ничтожной, будто кто-то мудрый и огромный в тот момент наблюдал за мною, стараясь понять, кто же это посмел потревожить его покой. Но скоро это ощущение исчезло, и осталась лишь большая и глубокая, «тёплая» тишина...
На изумрудной, бескрайней поляне, скрестив ноги, друг против друга сидели два человека... Они сидели, закрыв глаза, не произнося ни слова. И всё же, было понятно – они говорили...
Я поняла – говорили их мысли... Сердце бешено колотилось, будто желая выскочить!.. Постаравшись как-то собраться и успокоится, чтобы никоим образом не помешать этим собранным, ушедшим в свой загадочный мир людям, я наблюдала за ними затаив дыхание, стараясь запомнить в душе их образы, ибо знала – такое не повторится. Кроме Севера, никто уже не покажет мне более то, что было так тесно связанно с нашим прошлым, с нашей страдающей, но не сдающейся Землёй...
Один из сидящих выглядел очень знакомо, и, конечно же, хорошенько к нему присмотревшись, я тут же узнала Светодара... Он почти что не изменился, только волосы стали короче. Но лицо оставалось почти таким же молодым и свежим, как в тот день, когда он покидал Монтсегур... Второй же был тоже относительно молодым и очень высоким (что было видно даже сидя). Его длинные, белые, запорошенные «инеем» волосы, ниспадали на широкие плечи, светясь под лучами солнца чистым серебром. Цвет этот был очень для нас необычным – будто ненастоящим... Но больше всего поражали его глаза – глубокие, мудрые и очень большие, они сияли таким же чистым серебристым светом... Будто кто-то щедрой рукой в них рассыпал мириады серебряных звёзд... Лицо незнакомца было жёстким и в то же время добрым, собранным и отрешённым, будто одновременно он проживал не только нашу, Земную, но и какую-то ещё другую, чужую жизнь...
Если я правильно понимала, это и был именно тот, которого Север называл Странником. Тот, кто наблюдал...
Одеты оба были в бело-красные длинные одежды, подпоясанные толстым, витым, красным шнуром. Мир вокруг этой необычной пары плавно колыхался, меняя свои очертания, будто сидели они в каком-то закрытом колеблющемся пространстве, доступном только лишь им двоим. Воздух кругом стоял благоухающий и прохладный, пахло лесными травами, елями и малиной... Лёгкий, изредка пробегавший ветерок, нежно ласкал сочную высокую траву, оставляя в ней запахи далёкой сирени, свежего молока и кедровых шишек... Земля здесь была такой удивительно безопасной, чистой и доброй, словно её не касались мирские тревоги, не проникала в неё людская злоба, словно и не ступал туда лживый, изменчивый человек...