El món en què vivim és inimaginablement bell i ple de molts processos diferents que marquen el curs de la vida. Tots aquests processos són estudiats per la ciència familiar: la física. Ofereix una oportunitat per tenir almenys una idea de l'origen de l'univers. En aquest article, considerarem un concepte com la teoria cinètica molecular, les seves equacions, tipus i fórmules. Tanmateix, abans de passar a un estudi més profund d'aquestes qüestions, heu d'aclarir per vos altres mateixos el significat mateix de la física i les àrees que estudia.
Què és la física?
De fet, aquesta és una ciència molt extensa i, potser, una de les més fonamentals de la història de la humanitat. Per exemple, si la mateixa informàtica s'associa amb gairebé totes les àrees de l'activitat humana, ja sigui el disseny computacional o la creació de dibuixos animats, aleshores la física és la vida mateixa, una descripció dels seus complexos processos i fluxos. Intentem esbrinar-ne el significat, simplificant-ne la comprensió tant com sigui possible.
Així doncsPer tant, la física és una ciència que s'ocupa de l'estudi de l'energia i la matèria, les connexions entre elles, l'explicació de molts processos que tenen lloc al nostre vast univers. La teoria cinètica molecular de l'estructura de la matèria és només una petita gota en el mar de teories i branques de la física.
L'energia, que aquesta ciència estudia amb detall, es pot representar de diverses formes. Per exemple, en forma de llum, moviment, gravetat, radiació, electricitat i moltes altres formes. En aquest article tractarem la teoria cinètica molecular de l'estructura d'aquestes formes.
L'estudi de la matèria ens dóna una idea de l'estructura atòmica de la matèria. Per cert, es desprèn de la teoria cinètica molecular. La ciència de l'estructura de la matèria ens permet entendre i trobar el sentit de la nostra existència, les raons de l'aparició de la vida i el propi Univers. Encara intentem estudiar la teoria cinètica molecular de la matèria.
Primer, cal una introducció per entendre completament la terminologia i les conclusions.
Temes de física
Per respondre a la pregunta de què és la teoria cinètica molecular, no es pot deixar de parlar de seccions de la física. Cadascun d'ells tracta de l'estudi detallat i l'explicació d'una àrea particular de la vida humana. Es classifiquen de la següent manera:
- Mecànica, que es divideix en dues seccions més: cinemàtica i dinàmica.
- Estàtic.
- Termodinàmica.
- Secció molecular.
- Electrodinàmica.
- Òptica.
- Física dels quàntics i el nucli atòmic.
Parlem específicament de molecularfísica, perquè es basa en la teoria cinètica molecular.
Què és la termodinàmica?
En general, la part molecular i la termodinàmica són branques de la física estretament relacionades, que estudien exclusivament el component macroscòpic del nombre total de sistemes físics. Val la pena recordar que aquestes ciències descriuen precisament l'estat intern dels cossos i les substàncies. Per exemple, el seu estat durant l'escalfament, la cristal·lització, la vaporització i la condensació, a nivell atòmic. En altres paraules, la física molecular és la ciència dels sistemes que consisteixen en un gran nombre de partícules: àtoms i molècules.
Van ser aquestes ciències les que van estudiar les principals disposicions de la teoria cinètica molecular.
Fins i tot en el curs del setè grau, ens vam familiaritzar amb els conceptes de sistemes micro i macromons. No serà superflu actualitzar aquests termes a la memòria.
El micromón, com podem veure pel seu mateix nom, està format per partícules elementals. En altres paraules, aquest és el món de les petites partícules. Les seves mides es mesuren en el rang de 10-18 m a 10-4 m, i el temps del seu estat real pot arribar a l'infinit intervals desproporcionadament petits, per exemple, 10-20 s.
Macroworld considera cossos i sistemes de formes estables, formats per moltes partícules elementals. Aquests sistemes són proporcionals a la nostra mida humana.
A més, hi ha un mega món. Està format per planetes enormes, galàxies còsmiques i complexos.
Nocions bàsiquesteoria
Ara que hem resumit una mica i hem recordat els termes bàsics de la física, podem anar directament al tema principal d'aquest article.
La teoria molecular-cinètica va aparèixer i es va formular per primera vegada al segle XIX. La seva essència rau en el fet que descriu amb detall l'estructura de qualsevol substància (més sovint l'estructura dels gasos que dels cossos sòlids i líquids), basant-se en tres disposicions fonamentals que es van recollir a partir dels supòsits de científics tan destacats com Robert Hooke, Isaac. Newton, Daniel Bernoulli, Mikhail Lomonosov i molts altres.
Les principals disposicions de la teoria cinètica molecular sonen així:
- Absolutament totes les substàncies (independentment de si són líquides, sòlides o gasoses) tenen una estructura complexa, formada per partícules més petites: molècules i àtoms. Els àtoms de vegades s'anomenen "molècules elementals".
- Totes aquestes partícules elementals es troben sempre en un estat de moviment continu i caòtic. Cadascú de nos altres s'ha trobat amb una prova directa d'aquesta proposició, però, molt probablement, no li va donar molta importància. Per exemple, tots vam veure en el fons dels raigs solars que les partícules de pols es mouen constantment en una direcció caòtica. Això es deu al fet que els àtoms produeixen empentes mútues entre si, impartint-se constantment energia cinètica entre si. Aquest fenomen es va estudiar per primera vegada l'any 1827 i va rebre el nom del descobridor: "Moviment de Brown".
- Totes les partícules elementals estan en procés d'interacció contínua entre ellesdeterminades forces que tenen una roca elèctrica.
Val la pena assenyalar que un altre exemple que descriu la posició número dos, que també pot aplicar-se, per exemple, a la teoria cinètica molecular dels gasos, és la difusió. El trobem a la vida quotidiana i en múltiples proves i controls, per la qual cosa és important tenir-ne una idea.
Primer, considereu els exemples següents:
El metge va vessar accidentalment alcohol d'un matràs sobre la taula. O potser has deixat caure la teva ampolla de perfum i s'ha estès per tot el terra.
Per què, en aquests dos casos, tant l'olor d'alcohol com l'olor de perfum ompliran tota l'habitació al cap d'un temps, i no només la zona on es va vessar el contingut d'aquestes substàncies?
La resposta és senzilla: difusió.
Difusió: què és? Com flueix?
Aquest és un procés en què les partícules que formen una substància determinada (normalment un gas) penetren als buits intermoleculars d'una altra. En els nostres exemples anteriors, va passar el següent: a causa del moviment tèrmic, és a dir, continu i dissociat, les molècules d'alcohol i/o de perfum van caure als buits entre les molècules d'aire. A poc a poc, sota la influència de la col·lisió amb àtoms i molècules d'aire, es van estendre per l'habitació. Per cert, la intensitat de la difusió, és a dir, la velocitat del seu flux, depèn de la densitat de les substàncies implicades en la difusió, així com de l'energia de moviment dels seus àtoms i molècules, anomenada cinètica. Com més gran sigui l'energia cinètica, major serà la velocitat d'aquestes molècules, respectivament, i la intensitat.
El procés de difusió més ràpid es pot anomenar difusió en gasos. Això es deu al fet que el gas no és homogeni en la seva composició, la qual cosa significa que els buits intermoleculars dels gasos ocupen una quantitat important d'espai, respectivament, i el procés d'introduir-hi àtoms i molècules d'una substància estranya transcorre més fàcil i més ràpid..
Aquest procés és una mica més lent en líquids. La dissolució de cubs de sucre en una tassa de te és només un exemple de la difusió d'un sòlid en un líquid.
Però el temps més llarg és la difusió en cossos amb una estructura cristal·lina sòlida. Això és exactament així, perquè l'estructura dels sòlids és homogènia i té una forta xarxa cristal·lina, a les cèl·lules de les quals vibren els àtoms del sòlid. Per exemple, si les superfícies de dues barres metàl·liques es netegen bé i després es posen en contacte entre elles, després d'un temps prou llarg podrem detectar trossos d'un metall a l' altre, i viceversa.
Com qualsevol altra secció fonamental, la teoria bàsica de la física es divideix en parts separades: classificació, tipus, fórmules, equacions, etc. Així, hem après els fonaments de la teoria cinètica molecular. Això vol dir que podeu procedir amb seguretat a la consideració de blocs teòrics individuals.
Teoria molecular-cinètica dels gasos
Hi ha una necessitat d'entendre les disposicions de la teoria dels gasos. Com hem dit anteriorment, tindrem en compte les característiques macroscòpiques dels gasos, com la pressió i la temperatura. Això ésserà necessari més endavant per tal de derivar l'equació de la teoria cinètica molecular dels gasos. Però les matemàtiques, més tard, i ara tractem-nos amb la teoria i, en conseqüència, amb la física.
Els científics han formulat cinc disposicions de la teoria molecular dels gasos, que serveixen per comprendre el model cinètic dels gasos. Sonen així:
- Tots els gasos estan formats per partícules elementals que no tenen una mida determinada, però sí una massa determinada. En altres paraules, el volum d'aquestes partícules és mínim en comparació amb la longitud entre elles.
- Els àtoms i les molècules de gasos pràcticament no tenen energia potencial, respectivament, segons la llei, tota l'energia és igual a la cinètica.
- Ja ens vam familiaritzar amb aquesta posició abans: el moviment brownià. És a dir, les partícules de gas sempre estan en moviment continu i caòtic.
- Absolutament totes les col·lisions mútues de partícules de gas, acompanyades del missatge de velocitat i energia, són completament elàstiques. Això vol dir que no hi ha pèrdua d'energia ni s alts bruscos en la seva energia cinètica durant una col·lisió.
- En condicions normals i temperatura constant, l'energia mitjana del moviment de partícules de gairebé tots els gasos és la mateixa.
Podem reescriure la cinquena posició mitjançant aquest tipus d'equació de la teoria cinètica molecular dels gasos:
E=1/2mv^2=3/2kT, on k és la constant de Boltzmann; T - temperatura en Kelvin.
Aquesta equació ens fa entendre la relació entre la velocitat de les partícules elementals de gas i la seva temperatura absoluta. En conseqüència, com més alt sigui el seu absoluttemperatura, major serà la seva velocitat i energia cinètica.
Pressió del gas
Aquests components macroscòpics de la característica, com ara la pressió dels gasos, també es poden explicar mitjançant la teoria cinètica. Per fer-ho, imaginem l'exemple següent.
Suposem que una molècula d'algun gas es troba en una caixa, la longitud de la qual és L. Utilitzem les disposicions de la teoria dels gasos descrites anteriorment i tinguem en compte el fet que l'esfera molecular es mou només al llarg de la x -eix. Així, podrem observar el procés de xoc elàstic amb una de les parets del vaixell (caixa).
L'impuls de la col·lisió en curs, com sabem, ve determinat per la fórmula: p=mv, però en aquest cas, aquesta fórmula adoptarà una forma de projecció: p=mv(x).
Com que només considerem la dimensió de l'eix x, és a dir, l'eix x, el canvi total de moment s'expressarà per la fórmula: mv(x) - m(-v(x))=2mv(x).
A continuació, considereu la força exercida pel nostre objecte utilitzant la segona llei de Newton: F=ma=P/t.
A partir d'aquestes fórmules expressem la pressió del costat del gas: P=F/a;
Ara substituïm l'expressió de força a la fórmula resultant i obtenim: P=mv(x)^2/L^3.
Després d'això, la nostra fórmula de pressió acabada es pot escriure per al nombre N-è de molècules de gas. En altres paraules, tindrà aquest aspecte:
P=Nmv(x)^2/V, on v és la velocitat i V és el volum.
Ara intentem destacar algunes disposicions bàsiques sobre la pressió del gas:
- Es manifesta a través dexocs de molècules amb molècules de les parets de l'objecte on es troba.
- La magnitud de la pressió és directament proporcional a la força i la velocitat d'impacte de les molècules a les parets del recipient.
Algunes breus conclusions sobre la teoria
Abans d'anar més enllà i considerar l'equació bàsica de la teoria cinètica molecular, us oferim unes breus conclusions dels punts i la teoria anteriors:
- La mesura de l'energia mitjana de moviment dels seus àtoms i molècules és la temperatura absoluta.
- Quan dos gasos diferents estan a la mateixa temperatura, les seves molècules tenen la mateixa energia cinètica mitjana.
- L'energia de les partícules de gas és directament proporcional a la velocitat quadrada mitjana: E=1/2mv^2.
- Tot i que les molècules de gas tenen una energia cinètica mitjana, respectivament, i una velocitat mitjana, les partícules individuals es mouen a diferents velocitats: algunes ràpides, altres lentes.
- Com més alta sigui la temperatura, més gran serà la velocitat de les molècules.
- Quantes vegades augmentem la temperatura del gas (per exemple, el doble), l'energia de moviment de les seves partícules augmenta tantes vegades (respectivament, es duplica).
Equació i fórmules bàsiques
L'equació bàsica de la teoria cinètica molecular permet establir la relació entre les magnituds del micromón i, en conseqüència, les magnituds macroscòpiques, és a dir, mesurades.
Un dels models més simples que pot considerar la teoria molecular és el model de gas ideal.
Podríeu dir aixòes tracta d'una mena de model imaginari estudiat per la teoria cinètica molecular d'un gas ideal, en el qual:
- les partícules de gas més senzilles es consideren boles perfectament elàstiques que interactuen tant entre si com amb les molècules de les parets de qualsevol vaixell en un sol cas: una col·lisió absolutament elàstica;
- les forces d'atracció dins del gas estan absents, o en realitat es poden descuidar;
- elements de l'estructura interna del gas es poden prendre com a punts materials, és a dir, el seu volum també es pot descuidar.
Tenint en compte aquest model, el físic alemany Rudolf Clausius va escriure una fórmula per a la pressió del gas mitjançant la relació de paràmetres micro i macroscòpics. Sembla:
p=1/3m(0)nv^2.
Més endavant aquesta fórmula s'anomenarà com l'equació bàsica de la teoria cinètica molecular d'un gas ideal. Es pot presentar de diferents formes. El nostre deure ara és mostrar seccions com la física molecular, la teoria cinètica molecular i, per tant, les seves equacions i tipus complets. Per tant, té sentit considerar altres variacions de la fórmula bàsica.
Sabem que l'energia mitjana que caracteritza el moviment de les molècules de gas es pot trobar mitjançant la fórmula: E=m(0)v^2/2.
En aquest cas, podem substituir l'expressió m(0)v^2 de la fórmula de pressió original per l'energia cinètica mitjana. Com a resultat d'això, tindrem l'oportunitat de compondre l'equació bàsica de la teoria cinètica molecular dels gasos en la forma següent: p=2/3nE.
A més, tots sabem que l'expressió m(0)n es pot escriure com a producte de dos quocients:
m/NN/V=m/V=ρ.
Després d'aquestes manipulacions, podem reescriure la nostra fórmula per a l'equació de la teoria cinètica molecular d'un gas ideal en una tercera forma diferent:
p=1/3ρv^2.
Bé, potser això és tot el que necessiteu saber sobre aquest tema. Només queda sistematitzar els coneixements adquirits en forma de conclusions breus (i no tan).
Totes les conclusions i fórmules generals sobre el tema "Teoria cinètica molecular"
Així que comencem.
Primer:
La física és una ciència fonamental inclosa en el curs de les ciències naturals, que estudia les propietats de la matèria i l'energia, la seva estructura, els patrons de naturalesa inorgànica.
Inclou les seccions següents:
- mecànica (cinemàtica i dinàmica);
- estàtica;
- termodinàmica;
- electrodinàmica;
- secció molecular;
- òptica;
- física dels quàntics i el nucli atòmic.
Segon:
La física de partícules i la termodinàmica són branques estretament relacionades que estudien la component exclusivament macroscòpica del nombre total de sistemes físics, és a dir, sistemes formats per un gran nombre de partícules elementals.
Es basen en la teoria cinètica molecular.
Tercer:
El quid de la qüestió és aquest. La teoria cinètica molecular descriu en detall l'estructura d'una substància (més sovint l'estructura dels gasos que dels sòlids).i cossos líquids), a partir de tres supòsits fonamentals que es van recollir a partir dels supòsits de científics destacats. Entre ells: Robert Hooke, Isaac Newton, Daniel Bernoulli, Mikhail Lomonosov i molts altres.
Quart:
Tres principis bàsics de la teoria cinètica molecular:
- Totes les substàncies (independentment de si són líquides, sòlides o gasoses) tenen una estructura complexa formada per partícules més petites: molècules i àtoms.
- Totes aquestes partícules simples es troben en moviment caòtic continu. Exemple: moviment brownià i difusió.
- Totes les molècules en qualsevol condició interaccionen entre elles amb determinades forces que tenen una roca elèctrica.
Cadauna d'aquestes disposicions de la teoria cinètica molecular és una base sòlida en l'estudi de l'estructura de la matèria.
Cinquè:
Diversos punts principals de la teoria molecular per al model de gas:
- Tots els gasos estan formats per partícules elementals que no tenen una mida determinada, però sí una massa determinada. En altres paraules, el volum d'aquestes partícules és mínim en comparació amb les distàncies entre elles.
- Els àtoms i les molècules de gasos pràcticament no tenen energia potencial, respectivament, la seva energia total és igual a la cinètica.
- Ja ens vam familiaritzar amb aquesta posició abans: el moviment brownià. És a dir, les partícules de gas sempre estan en moviment continu i aleatori.
- Absolutament totes les col·lisions mútues d'àtoms i molècules de gasos, acompanyades del missatge de velocitat i energia, són completament elàstiques. Això éssignifica que no hi ha pèrdua d'energia ni s alts bruscos en la seva energia cinètica durant una col·lisió.
- En condicions normals i temperatura constant, l'energia cinètica mitjana de gairebé tots els gasos és la mateixa.
Sisè:
Conclusions de la teoria dels gasos:
- La temperatura absoluta és una mesura de l'energia cinètica mitjana dels seus àtoms i molècules.
- Quan dos gasos diferents estan a la mateixa temperatura, les seves molècules tenen la mateixa energia cinètica mitjana.
- L'energia cinètica mitjana de les partícules de gas és directament proporcional a la velocitat quadrada mitjana: E=1/2mv^2.
- Tot i que les molècules de gas tenen una energia cinètica mitjana, respectivament, i una velocitat mitjana, les partícules individuals es mouen a diferents velocitats: algunes ràpides, altres lentes.
- Com més alta sigui la temperatura, més gran serà la velocitat de les molècules.
- Quantes vegades augmentem la temperatura del gas (per exemple, el doble), l'energia cinètica mitjana de les seves partícules també augmenta tantes vegades (respectivament, es duplica).
- La relació entre la pressió d'un gas a les parets del recipient on es troba i la intensitat dels impactes de les molècules sobre aquestes parets és directament proporcional: com més impactes, més pressió, i viceversa..
Setè:
Un model de gas ideal és un model en què s'han de complir les condicions següents:
- Les molècules de gas poden i es consideren boles perfectament elàstiques.
- Aquestes boles poden interactuar entre elles i amb les parets de qualsevolvaixell en un sol cas: col·lisió absolutament elàstica.
- Aquestes forces que descriuen l'empenta mútua entre àtoms i molècules d'un gas estan absents o es poden descuidar.
- Els àtoms i les molècules es consideren punts materials, és a dir, el seu volum també es pot descuidar.
Vuitè:
Donem totes les equacions bàsiques i mostrem les fórmules al tema "Teoria cinètica molecular":
p=1/3m(0)nv^2: l'equació bàsica per al model de gas ideal, derivada pel físic alemany Rudolf Clausius.
p=2/3nE - l'equació bàsica de la teoria cinètica molecular d'un gas ideal. Derivat de l'energia cinètica mitjana de les molècules.
р=1/3ρv^2 - la mateixa equació, però considerada a través de la densitat i la velocitat quadrada mitjana de les molècules de gas ideal.
m(0)=M/N(a) - la fórmula per trobar la massa d'una molècula mitjançant el nombre d'Avogadro.
v^2=(v(1)+v(2)+v(3)+…)/N - fórmula per trobar la velocitat quadrada mitjana de les molècules, on v(1), v(2), v (3) i així successivament - la velocitat de la primera molècula, la segona, la tercera i així successivament fins a la enèsima molècula.
n=N/V - fórmula per trobar la concentració de molècules, on N és el nombre de molècules en un volum de gas a un volum determinat V.
E=mv^2/2=3/2kT - fórmules per trobar l'energia cinètica mitjana de les molècules, on v^2 és la velocitat quadrada mitjana de les molècules, k és una constant valor que rep el nom de la física de Ludwig Boltzmann austríaca, i T és la temperatura del gas.
p=nkT - fórmula de pressió en termes de concentració, constantBoltzmann i la temperatura absoluta T. D'ella se'n desprèn una altra fórmula fonamental, descoberta pel científic rus Mendeleiev i el físic i enginyer francès Claiperon:
pV=m/MRT, on R=kN(a) és la constant universal dels gasos.
Ara mostrem constants per a diferents isoprocessos: isobàric, isocòric, isotèrmic i adiabàtic.
pV/T=const: es realitza quan la massa i la composició del gas són constants.
рV=const - si la temperatura també és constant.
V/T=const - si la pressió del gas és constant.
p/T=const - si el volum és constant.
Potser això és tot el que necessiteu saber sobre aquest tema.
Avui ens hem submergit en un camp científic com la física teòrica, les seves múltiples seccions i blocs. Amb més detall, vam tocar una àrea de la física com la física molecular fonamental i la termodinàmica, és a dir, la teoria cinètica molecular, que, segons sembla, no presenta cap dificultat en l'estudi inicial, però de fet té molts inconvenients.. Amplia la nostra comprensió del model de gas ideal, que també vam estudiar amb detall. A més, val la pena assenyalar que també ens vam familiaritzar amb les equacions bàsiques de la teoria molecular en les seves diverses variacions, i també vam tenir en compte totes les fórmules més necessàries per trobar determinades magnituds desconegudes sobre aquest tema, això serà especialment útil a l'hora de preparar-nos per escriure. qualsevol prova, examen i prova, o per ampliar la visió general i els coneixements de la física.
Esperem que aquest article us hagi estat útil i només n'heu extret la informació més necessària, reforçant els vostres coneixements en pilars de la termodinàmica com les disposicions bàsiques de la teoria cinètica molecular.
