Молекулалық-кинетикалық теория негiздерi


1 Молекулалық.кинетикалық теорияның негiзгi ұғымдары
2 Молекуллар массасы мен өлшемi. Салыстырмалы молярлық және молекулалық масса. Авогадро саны.
3 Молекулалар арасындағы өзара әсерлесу күштерi. Сұйық, газ тәрiздес және қатты денелердiң құрылымы
4 Газдың молекулалық.кинетикалық теориясының негiзгi теңдеуi
5 Газдың макропараметрлерi. Tемпература және оны өлшеу
6 Температура . идеал газ молекуласының орташа кинетикалық энергиясының өлшемi
7 Газ молекуласының жылдамдығы. Штерн тәжiрибесi
Дене құрылымының молекулалық кинетикалық теориясы деп барлық денелер жеке бейберекет қозғалыстағы бөлшектерден тұрады деген көзқарас негiзiнде макроскоптық денелердiң қасиеттерi мен жылу процестерiне түсiнiк беретiн iлiмдi айтады. Молекулалық-кинетикалық теория (МКТ) негiзi мынадай үш қасиеттен тұрады:
1. барлық денелер бөлшектерден – атомдардан, молекулалардан, оң және терiс зарядталған иондардан – тұрады;
2. бұл бөлшектер барлық уақытта үздiксiз және бейберекет қозғалыста болады;
3. бөлшектер арасында өзара әсерлесу күштерi – тартылу және тебiлу күштерi бар. Ол күштер электрлiк сипатқа ие. Бөлшектердiң өзара гравитациялық әсерлесуi өте аз.

Пән: Физика
Жұмыс түрі:  Материал
Көлемі: 10 бет
Бұл жұмыстың бағасы: 300 теңге
Таңдаулыға:   




Молекулалық-кинетикалық теория негiздерi

Орта мектептiң 10-сыныбына арналған электрондық оқулық

§ 1.1 Молекулалық-кинетикалық теорияның негiзгi ұғымдары

Дене құрылымының молекулалық кинетикалық теориясы деп барлық денелер жеке
бейберекет қозғалыстағы бөлшектерден тұрады деген көзқарас негiзiнде
макроскоптық денелердiң қасиеттерi мен жылу процестерiне түсiнiк беретiн
iлiмдi айтады.

1.1-сурет

Молекулалық-кинетикалық теория (МКТ) негiзi мынадай үш қасиеттен тұрады:
1. барлық денелер бөлшектерден – атомдардан, молекулалардан, оң және
терiс зарядталған иондардан – тұрады;
2. бұл бөлшектер барлық уақытта үздiксiз және бейберекет қозғалыста
болады;
3. бөлшектер арасында өзара әсерлесу күштерi – тартылу және тебiлу
күштерi бар. Ол күштер электрлiк сипатқа ие. Бөлшектердiң өзара
гравитациялық әсерлесуi өте аз.

1.2-сурет

Бұл тұжырымдардың ақиқаттылығы көптеген физикалық бақылаулар мен
тәжiрибелер жүргiзу арқылы дәлелденген. МКТ-ның негiзгi көзқарастарына ең
нақты дәлел бола алатын мысалдар:
• броундық қозғалыс құбылысы (Броун);
• молекулалық диффузия құбылысы;
• қазiргi заманғы приборлар көмегiмен алынған жеке атомдар мен
молекулалар кескiнi. 1-шi суретте вольфрам инесiнiң ұшында атомдардың
орналасуы (ақ дақтар), ал 2-шi суретте кремний пластинасы бетiнiң
микрофотографиясы келтiрiлген, мұндағы дөңдер – кремнийдiң жеке
атомдары.

§ 1.2 Молекуллар массасы мен өлшемi. Салыстырмалы молярлық және молекулалық
масса. Авогадро саны.

Әртүрлi денелер молекуласының масса бiрлiгi ретiнде 12С көмiртегi изотобы
атомының mocмассасының 112 бөлiгi алынады. Ол атомдық масса бiрлiгi
(а.м.б.) деп аталады және мынаған тең:
1 а.м.б.=1,66·10-27кг. (1.1)
Заттың салыстырмалы молекулалық массасы МR деп заттың бiр молекула m0
массасының көмiртегi атомы moc массасының 112 бөлiгiне қатынасын айтады:
(1.2)
Зат мөлшерi деп берiлген жүйенiң бөлшектерiнiң, құрылымдық элементерiнiң,
санына пропорционал ν шаманы айтады. Оны моль арқылы жазу қабылданған.
Массасы 0,012 кг 12С көмiртегiнде қанша атом болса, сонша молекуладан
(атомнан) тұратын зат мөлшерi бiр моль деп аталады. Бұл сан Авогадро
тұрақтысы деп аталады және NA арқылы белгiленедi:
NA ≈ 6·1023 моль-1. (1.3)
Сәйкесiнше, кез келген заттың 1 молiнде атомдар саны мен молекулалар саны
бiрдей болады. Егер денедегi зат мөлшерi ν мольден тұрса, онда денедегi
молекулалар N саны мынаған тең:
N = ν ·NA. (1.4)
Заттың молярлық массасы М деп бiр моль мөлшерiнде алынған зат массасын
айтады. Ол бiр молекула массасының m0 Авогадро санына NA көбейтiндiсiне
тең:
М = m0· NA кгмоль. (1.5)
Молярлық және молекулалық массалар арасында мынадай қарапайым байланыс бар:

М = 10-3 ·Мr кгмоль. (1.6)
Кез келген зат мөлшерiнiң m массасы бiр молекуланың массасын денедегi
молекулалар санына көбейткенге тең:
m = m0· N кг. (1.7)
(1.5) және (1.7) формулаларын пайдаланып (1.4) өрнегiнен мынаны алу қиын
емес:
ν = m М және N = ν·NA = NAA ·m M . (1.8)
Бөлшектердiң массасымен өлшемдерiн қосымша тәжiрибелiк деректердi пайдалана
отырып есептеуге болады. Жеке жағдайда, молекулалардың сызықты өлшемдерiн
бағалауға болады.
Молекуланың өлшемiн былайша анықтауға болады. Бiр молекуланың алатын V0
көлемi зат V көлемiнiң, ондағы молекулалар N санына қатынасына тең: ,
мұнда ρ=mV – заттың тығыздығы. Молекуланың формасы радиусы r шар тәрiздес
болсын. Сондықтан . Осыдан:
(1.9)
Мысалы, су молекуласының радиусы мына шамаға тең:
.

§ 1.3 Молекулалар арасындағы өзара әсерлесу күштерi. Сұйық, газ тәрiздес
және қатты денелердiң құрылымы

Молекулалар қозғалыс кезiнде бiр-бiрiмен өзара тартылыс және тебiлiс
әсерiнде болады. 1.3 суретте молекулалық өзара әсерлесу күштерiнiң таралуы
молекулалар арасындығы r арақашықтықтан тәуелдiлiгi келтiрiлген. Тартылу
және тебiлу күштерi r-дан тәуелдiлiгi әртүрлi, сондықтан олардың қорытқы
күшi нөлден өзгеше. Белгiлi бiр r = r0 арақашықтықта тебiлу күшi арасында
тепе-теңдiк орнайды. Молекулалардың диаметрiмен салыстырылатын бұл
арақашықтық тепе-теңдiк жағдайына сәйкес келедi. r r0 болғанда тебiлу
күшi тартылу күшiнен басым болады. Сондықтан молекулалар бiр-бiрiне ене
алмайды. Олардың арасындағы арақашықтық r r0 өскен сайын, молекулалардың
тартылуы тебiлуiн жеңе бастaйды. Олардың ыршып кетуiне жол бермейдi. r
r0 кезiнде, молекуларалық күштердiң әсерi болмайды.

1.4-сурет

1.4 суретте молекулалардың Ep потенциалдық энергиясының r арақашықтықтан
тәуелдiлiгi көрсетiлген. Орнықты тепе-теңдiк (r=r0) жағдайында өзара
әсерлесетiн екi молекуладан тұратын жүйенiң потенциалдық энергиясы Ep0
минимумына жетедi. Ep0 шамасын потенциалдық шұңқырдың тереңдiгi деп
аталады. Ek-ны Ep0-мен салыстыру заттың үш агрегаттық күйлерiн ажыратуға
мүмкiндiк бередi: газ, сұйық, қатты күйi. Атап айтқанда: егер Ek Ep0,
онда зат газ күйiнде, EkEp0 кезiнде – қатты дене, ал Ek ≈ Ep0 – зат сұйық
күйiнде болады.

§ 1.4 Газдың молекулалық-кинетикалық теориясының негiзгi теңдеуi

Идеал газ деп молекулалардың өзара әсерлесуi ескерусiз аз шама болғанда
айтады. Молекулалардың өзара әсерлесуi олардың соқтығысуы кезiнде серпiмдi
ұрылуы түрiнде байқалады.
Газ молекулалары барлық уақытта ретсiз жылулық қозғалыста болады, оның
мөлшерлiк сипаттамасын молекуланың сызықты жылдамдығының орташа квадраты,
дәлiрек айтқанда, кинетикалық энергиясының орта мәнi бередi. Жеке
молекулалардың жылдамдықтары бiр-бiрiнен өзгеше болуы мүмкiн, бiрақ бұл
жылдамдықтардың модулiнiң орташа мәнi белгiлi бiршама. Жеке молекулалардың
жылдамдықтарын v1, v2, v3, . . . , vN арқылы белгiлеймiз. Сонда,
жылдамдықтардың квадратының орташа мәнi келесi формуламен анықталады:
,
мұнда, N – газдағы молекулалардың жалпы саны. Екiншi жағынан .
Қозғалыстың бейберекеттiгi әсерiнен молекулалардың барлық бағыттарда
орынауыстыруы тең мүмкiндiкте. Сондықтан, жылдамдықтың проекциясының
квадраттарының орташа мәндерi өзара тең:. Бұны ескере отырып,
алатынымыз
(1.10)

1.5-сурет

Ендi идеал газдың ыдыс қабырғасына әсер ететiн күшiн табайық. Қоршаған
ортаның қандайда бiр бетке әсерiнiң физикалық сипаттамасы – күш емес қысым
болып есептеледi. Қысым деп бiрлiк ауданға нормаль бойымен әсер ететiн
күштi айтады. Қысым p әрпiмен белгiленiп, анықтамасы бойынша мынаған тең:
p=FnS, мұнда S – бет элементiнiң ауданы, ал Fn – бет элементiне
перпендикуляр әсер ететiн күш шамасы (1.5 - сурет).
Идеал газ жағдайында Fn нормаль күштiң шамасы келесi өрнекпен анықталады:
(1.11)
мұнда, n – газ молекуласының концентрациясы (бiрлiк көлемдегi молекулалар
саны: n=NV), m0 - молекула массасы.
Бұл қатынастың қорытындысы.
Газдың барлық молекулаларда vx жылдамдық мәнi бiрдей бола бермейдi, олай
болса қабырғаға әсер ететiн күштiң уақыт бойынша орта мәнi v2x -қа емес,
жылдамдықтарының орташа квадратына пропорционал: . (1.10)-шi формуланы
ескере отырып, алатынымыз: Анықтамасы бойынша p = FnS. Бұдан шығатыны

(1.12)
Егер арқылы молекуланың iлгерлемелi қозғалысының орташа кинетикалық
энергиясын белгiлесек: , онда (1.12) теңдеуiн басқаша түрде жазуға
болады
(1.13)
(1.12) немесе (1.13) қатынастар газдардың молекулалық-кинетикалық
теориясының негiзгi теңдеулерi болып табылады. Олар, тiкелей өлшенетiн,
макроскоптық шама – қысымды қозғалыстағы молекулаларды сипаттайтын
микропараметрлармен байланыстырады.

§ 1.5 Газдың макропараметрлерi. Tемпература және оны өлшеу

Дененiң молекулалық-кинетикалық құрылымы ескерiлмегенде макроскоптық дене
күйiн сипаттайтын шамаларды макроскоптық параметрлер деп атайды.
Бұндай шамалар қатарына көлем V, қысым P, температура T және басқалар.
Көлем мен қысым механикалық сипатталатын шамалар. Температура дененiң қызу
дәрежесiн бередi, оның iшкi энергетикалық күйiн анықтайды.
Егер қандайда бiр оқшауланған жүйенi құрайтын денелер температурасы
бастапқы уақытта әртүрлi болса, онда уақыттың келесi мезеттерiнде олар
бiртiндеп теңесе бастайды да ақырында бiрдей болады, денелер арасында
жылулық тепе-теңдiк орнайды.
Жүйенiң жылулық тепе-теңдiгi деп оның барлық макроскоптық параметрлерi қай
уақытта да ұзақ өзгерiссiз қалуын айтады.

1.6-сурет

Осылайша, температура денелер жүйесiнiң жылулық тепе-теңдiк күйiн
сипаттайды, атап айтқанда: өзара жылулық тепе-теңдiкте тұрған жүйенiң
барлық денелерiнiң температуралары бiрдей болады. Оны өлшеу үшiн кез келген
макроскоптық белгiлi шаманың температурадан тәуелдiлiгiн пайдалануға
болады. Практикада дененiң жылулық кеңу қасиетi жиi қолданылады, атап
айтқанда, қысым тұрақты болғанда сұйық көлемiнiң өзгеруiнiң температурадан
тәуелдiлiгi. Температураны өлшейтiн прибор – термометр, осы принципте
құрастырылған. Термометрдi градуирлегенде санақ басын (0 деңгейiн) мұздың
еру температурасын алады. Екiншi тұрақты нүктесi (мәнi) ретiнде (100
деңгейi) қалыпты атмосфералық қысымда судың қайнау температурасы алынады
(1.6 - сурет).

1.7-сурет

Бұл Цельсийдiң градустер шкаласы деп аталады. 0-мен 100 нүктелерiнiң
аралығын градус деп аталатын теңдей 100 бөлiкке бөлiнген (1.7 - сурет).
Сұйық бағанының бiр бөлiкке жылжуы (орынауыстыруы) температураның 1 градус
Цельсийге өзгеруiне сәйкес келедi. Әртүрлi сұйықтардың қыздырылғанда кеңуi
(ұлғаюы) бiрдей болмағандықтан, термометрлерде оған сәйкес градуирленген.

§ 1.6 Температура - идеал газ молекуласының орташа кинетикалық энергиясының
өлшемi

Барлық газдар жылу тепе-теңдiгi кезiнде температуралары бiрдей болады.
Молекулалардың жылулық қозғалысы сөз болғандықтан, температураны
молекулалық деңгейдегi физикалық шамалар арқылы жазу керек. Бұндай шама
ретiнде молекуланың iлгерлемелi қозғалысының кинетикалық энергиясын алуға
болады. Бұл жорамал үш ыдыспен жасалған тәжiрибеде толық дәлелденедi.
Тәжiрибе көрсеткендей, θ=pVN қатынасы температурадан басқа ештеңеден
тәуелдi емес, сондықтан оны Т температураның бiрден-бiр өлшемi ретiнде
қарастыруға болады.
θ = kТ немесе pVN = kT, (1.14)
мұнда k – Больцман тұрақтысы деп аталатын пропорционалдық коэффициентi.
(1.14) теңдiгiмен анықталатын температура терiс шама болуы мүмкiн емес.
Сондықтан ол абсолюттi температура деп аталады.
Температураның абсолюттi нөлi (Т = 0) деп молекулалық қозғалыстардың
тоқтаған кезiн (E = 0) айтады. Бұл табиғаттағы ең төмен температура. Осы
анықтама негiзiнде ағылшын ғалымы У.Кельвин температураның абсолюттi
шкаласы ... жалғасы
Ұқсас жұмыстар
Молекула- кинетикалық теория негіздері
Молекулалы-кинетикалық теория
Молекула-кинетикалық теорияның негіздері
Молекулалық биотехнология негіздері
Тұқым қуалаушылықтың молекулалық негіздері
Молекулалық физика
Экономикалық теория негіздері
Механика негіздері. Молекулалық физика және термодинамика
Экономикалық теория негіздері (лекциялар)
Экономикалық теория негіздері.Микроэкономика
Пәндер
Көмек / Помощь
Арайлым
Біз міндетті түрде жауап береміз!
Мы обязательно ответим!
Жіберу / Отправить

Рахмет!
Хабарлама жіберілді. / Сообщение отправлено.

Email: info@stud.kz

Phone: 777 614 50 20
Жабу / Закрыть

Көмек / Помощь