Молекулалық физика

Мазмұны

Кіріспе

1. Молекула.кинетикалық теорияның негіздері
2. МКТ.ның негізгі теңдеуі. Температура
3. Идеал газ күйінің теңдеуі. Изопроцестер.
4. Булану, конденсация, қайнау. Қаныққан және қанықпаған булар
5. Сұйықтардың қасиеттері. Беттік керілу.
6. Кристаллдық және аморфтық денелер.
7. Деформация

Қолданылған әдебиеттер тізімі

Кіріспе
1. Молекула-кинетикалық теорияның негіздері
Заттың құрылысы молекула-кинетикалық теория бойынша молекулалардан тұрады (латынның «молес» - масса, «молекула» - кішкентай масса). Молекула деп заттың химиялық қасиеттерін сақтайтын ең кішкентай бөлшегін айтады.
Молекула-кинетикалық теория (МКТ) – заттардың молекулалық құрылысына негізделген жылу құбылыстару туралы ілім.
МКТ-ның үш негізі бар:
1) Барлық заттар – сұйық, қатты және газ күйіндегі – кішкентай бөлшектерден – молекулалардан, ал олар атомдардан құралады. Химиялық заттың молекулалары күрделі және жай болып, бір немесе бірнеше атомдардан құралады.
2) Атомдар және молекулалар бейберекет қозғалыста болады.
3) Молекулалар бір-бірімен өзара әсерлеседі. Бөлшектер арасындағы гравитациялық әсерлесу өте аз
МКТ-ның атомдардың бейберекет қозғалуының айқын экспериментальды көрінісі – броундық қозғалыс болып табылады. Броундық бөлшектер молекулалардың бейберекет соғылысуларынан қозғалады. Хаостық қозғалысынан оның соғылысулары модулі және бағыты жағынан ешқашан теңгерілмейді, сондықтан броундық бөлшектің жылдамдығы модулі және бағыты жағынан бейберекет өзгереді.
Броундық қозғалыстың теориясын А. Эйнштейн жасады. Екі молекуланың арасындағы күштер олардың ара қарақашықтығына байланысты. Молекулалар оң және теріс кеңістіктік күрделі структураларға ие болады. Егер молекулалардың арасындағы қашықтық үлкен болса, онда молекула арасындағы тартылыс күштері жеңеді, кішкентай арақашықтықта итеру күштері жеңеді.
Қандай да бір r = r0 арақашықтықта әрекеттесу күші 0-ге айналады. Бұл қашықтықты молекуланың диаметріне алуға болады. r = r0 болғандағы әрекеттесудің потенциалдық энергиясы минималды. r = r0 қашықтығындағы екі молекуланы бір-бірінен ажырату үшін, оларға қосымша E0 энергиясын беру қажет. Бұл E0 саны байланыс энергиясы деп аталады.
Молекулалардың өлшемдері өте кішкентай. Қарапайым бір атомды молекулалардың өлшемі 10–10 м. Молекулалардың бейберекет қозғалысы жылулық қозғалыс деп аталады. Жылулық қозғалыстың кинетикалық энергиясы температураның өсуінен өседі.
Қатты денелерде молекулалар тағайындалған центрлер маңайында бейберекет қозғалыстар жасайды. Бұл центрлер кеңістікте ретсіз (аморфты денелерде) немесе реттелген структураларды құрады (кристалдық денелер).
Ауа молекулаларының орташа қашықтығы 10–8 м, яғни молекулалардың өлшемдерінен үлкен болады. МКТ-да зат мөлшерін бөлшектер санына пропорционал деп санайды. Зат мөлшерінің бірлігі моль деп аталады. Моль – көміртегінің 0,012 кг-да бар молекула санына тең зат мөлшері.
Сонымен, кез келген заттың 1 молінде бірдей бөлшектер саны болады. Бұл санды Авогадро тұрақтысы NA деп атайды.
NA = 6,02•1023 моль–1.
Зат мөлшері бөлшектердің санын N Авогадро санына NA:қатынасымен анықталатын шама:


Бір моль заттың массасын мольдік масса деп атау ұйғарылған. Мольдік масса берілген заттың бір молекуласының массасын Авогадро санына көбейтіндісіне тең.
M = NA • m0.
Мольдік масса кг/моль өлшенеді. Бір атомнан құралған заттар үшін атомдық масса термині қолданылады. Атомдар мен молекулалардың бірлігі ретінде көміртегінің 1/12 массасы алынады. Ол массаның атомдық бірлігі деп аталады.
1 м.а.б. = 1,66•10–27 кг.
Бұл шама протонның немесе нейтронның массасымен сәйкес келеді. Берілген заттың атомының массасының көміртегі атомы массасының 1/12 бөлігіне қатынасын салыстырмалы масса деп атайды.

2. МКТ-ның негізгі теңдеуі. Температура
МКТ қарапайым моделі- идеал газ моделі б.т. МКТ-ның мақсаты – микроскопиялық (масса, жылдамдық, молекулалардың кинетикалық энергиясы) және макроскопиялық параметрлерінің (қысым, газ, температура) арасындағы байланысты анықтау.
Идеал газ моделін қолданып, газдың ыдыстың қабырғасына қысымын есептейік. Молекуланың ыдыстың қабырғасымен әсерлесу процесінде олардың арасында Ньютонның үшінші заңына бағынатын күштер пайда болады. Нәтижесінде ыдысқа перпендикуляр молекула жылдамдығының υx проекциясы таңбасын кері таңбаға ауыстырады, ал қабырғаға параллель жылдамдықтың υy проекциясы өзгеріссіз қалады.
Сондықтан молекула импульсінің өзгеруі 2m0υx тең болады, мұндағы m0 – молекула массасы. Қабырғада S ауданын бөліп алайық. Δt уақыт ішінде осы қабырғамен қабырғаға бағытталған υx жылдамдық проекциясы бар және табанының ауданы S, биіктігі υxΔt цилиндрде болатын барлық молекулалар соғылысады.
Ыдыстың бірлігінде n молекула бар болсын. Онда цилиндрдегі көлемде nSυxΔt молекула бар болады. Бірақ осы санның тек жартысы ғана қабырға жаққа, ал қалған жартысы – қарама-қарсы бағытта қозғалып, қабырғамен соғылыспайды. Сондықтан, S қабырғасы арқылы Δt уақыт ішінде молекула соғылысады. Соғылысқан кезде әрбір молекуланың импульсі 2m0υx,-ға өзгертеді. Ньютонның үшінші заңына сәйкес:
Осы теңдік
тің екі жағын SΔt бөлсек: аламыз, мұндағы p – газдың ыдыс қабырғасына қысымы.
Газ молекулаларының жылдамдықтар модулі бойынша үлестірілуі Максвелл үлестірілуі деп аталады.
Максвелл үлестіруіне тән параметрлер – қисықтың максимумына сәйкес келетін ықтимал жылдамдық υв, орташа квадраттық жылдамдық.
Барлық молекулалар жылдамдықтары сәйкес υx1, υx2, υx3 болатын n1, n2, n3 молекуласы бар бірнеше топқа бөлінсін. Молекулалардың әрқайсы тобы газдың қысымына үлес қосады. Нәтижесінде молекулалардың ыдыс қабырғасына соғылысуы:

Осы өрнектегі қосындыны n-ге бөлсек, онда біз молекулалардың орташа квадраттың жылдамдығын табамыз:

Енді газ қысымының формуласын жазуымызға болады:

Қолданылған әдебиеттер тізімі
1. Аққошқарова Қ., Қойшыбаев Н. Физика. Теория. Есептер мен сұрақтары және оны шешу жолдары. Оқу құралы. – Алматы: Атамұра, 2006. – 336 бет.
2. Қойшыбаев Н., Шарықбаев А.О. Физика. Оқу құралы. 1 том (механика, молекулалық физика және жылу). – Алматы: ҚазмемҒАҒЗИ,2001. – 265 б.