И молекулярная физика, и термодинамика изучают свойства вещества, но при этом пользуются разными методами.
Молекулярная физика рассматривает свойства вещества с точки зрения его внутренней структуры (движение молекул вещества, их взаимодействие).
Термодинамика не рассматривает внутреннюю структуру вещества, а интересуется его энергией, передачей энергии. Так, она рассматривает как за счёт тепла, полученного при сгорании топлива, можно получить работу (работа тепловой машины). О термодинамике будем говорить позднее, а пока речь пойдёт о молекулярной физике, которую ещё называют молекулярно-кинетической теорией или статистической физикой.
Молекулярная физика говорит о том, что любое вещество состоит из молекул. Металлы, имеющие кристаллическое строение,
состоят из атомов, но атомы можно считать одноатомными молекулами. Молекулы вещества находятся в непрерывном хаотическом движении (обладают кинетической энергией) и взаимодействуют друг с другом - одновременно притягиваются и отталкиваются (обладают потенциальной энергией взаимодействия).
На рисунке показан график зависимости силы взаимодействия молекул от расстояния между ними. Пунктирные линии относятся к силам притяжения и отталкивания, сплошная линия даёт результирующую силу взаимодействия молекул. При
эта сила равна нулю, что соответствует наиболее устойчивому состоянию молекул (наименьшему значению потенциальной энергии их взаимодействия).
Агрегатные состояния вещества определяются соотношением потенциальной и кинетической энергий молекул.
В газах молекулы находятся далеко друг от друга, их потенциальная энергия мала, а кинетическая велика., то есть
В кристаллических телах молекулы (атомы) располагаются вплотную друг к другу, их потенциальная энергия взаимодействия очень велика. Они обладают и кинетической энергией, совершая колебания около своих положений равновесия, но для них
В жидкостях, плотность которых меньше плотности твёрдых тел, молекулы и колеблются около положений равновесия, и время от времени совершают и поступательное движение. Кинетическая и потенциальная энергии молекул жидкости соизмеримы между собой
Так как молекулярная физика говорит о молекулах, то надо ввести понятия, связанные с молекулой - это масса молекулы, концентрация молекул и другие.
Один кг (или грамм) очень крупные для молекулы единицы массы, поэтому в молекулярной физике за единичную массу приняли 1/12 часть массы атома углерода (раньше единичную массу связывали с атомом водорода, кислорода):
Количество единичных масс в атоме назвали относительной атомной массой или просто атомной массой А, а количество единичных масс в молекуле - молекулярной массой М. Тогда молекула углерода содержит 12 единичных масс, так как
Для водорода А = 1, для кислорода А = 16 и так далее (см. таблицу Менделеева).
Молекулярная масса М складывается из атомных масс А. Так,
Атомная и молекулярная массы - безразмерные величины.
Единицей количества вещества в молекулярной физике является моль. Моль - это количество вещества, в котором содержится число молекул (атомов), равное числу атомов в 0,012 кг изотопа углерода.
Таким образом, молярная масса углерода равна 0,012 кг/моль.
Масса моля водорода (молярная масса водорода):
Молярная масса воды:
то есть если взять 0,018 кг воды, то это будет моль воды.
Моль любого вещества содержит одинаковое количество молекул, названное числом Авогадро
Объём моля для твёрдых и жидких тел находится путём деления молярной массы вещества на его плотность:
Объём моля любого газа при нормальных условиях равен
Задачи
Подписывайтесь на канал и сообщите о нём своим друзьям, одноклассникам. Здесь непременно найдёте много полезного для себя.
Ссылки на другие занятия даны в Занятии 1.
