Молекулалардың өлшемдері

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 9 бет
Таңдаулыға:

Кіріспе

I Тарау Молекула- кинетикалық тиориясының негізгі қағидалары

1. 1 Молекулалық-кинетикалық теорияның негiзгi ұғымдары

1. 2 Молекуллар массасы мен өлшемi. Салыстырмалы молярлық және молекулалық масса. Авогадро саны.

1. 3 Молекулалар арасындағы өзара әсерлесу күштерi. Сұйық, газ тәрiздес және қатты денелердiң құрылымы

1. 4 Газдың молекулалық-кинетикалық теориясының негiзгi теңдеуi

II тарау Молекула-кинетикалық теория (МКТ) негіздерін оқыту әдістемесі.

2. 1. Молекулалардың өлшемдері. Броундық қозғалыс.

2. 2 Идеал газ.

Кіріспе

«Молекулалық физика» бөлімін оқып-үйренудің үлкен білім аларлық маңызы бар. Оқушылардың негізгі мектептің 7-9 сыныптарда алған бастапқы қарапайым мәліметтері (заттың құрылысы және қасиеттері, жылулық қүбылыстары және т. б. ) бағдарлы мектепте бөлімді оқыту кезінде қайталанады және оқушылар үшін жаңа мәліметтермен толықтырылады. Бұл бөлімде қарастырылтан негізгі ұғымдар мен шамалар молекуланың өлшемін, жылдамдығын, массасын өлшеудегі әдістер, заттың мөлшері және мольдік масса, оның өлшем бірлігі, бөлшектің концентрациясы, бөлшектің орташа квадратгық жылдамдығы, бөлшектің орташа кинетикалық энергиясы, термодинамикалық жүйе, жылулық тепе-теңдік, күй параметрлері, қысым, көлем, температура, жұмыс, жылу мөлшері, ішкі энергия. Негізінен жоғарғы сыныптағы молекулалық физика бөлімінде газдардың молекула-кинетикалық теориясының негізгі теңдеуімен, термодинамикамен (жылулық құбылыстарды макроскопиялық деңгейде түсіндіретін) және төменгі сыныптарға қарағанда тереңірек газдардың, сүйықтардың және қатты денелердің қасиеттерімен танысады. Молекулалық физика бөліміндегі қүбылыстар: диффузия, жылу сыйымдылық, тұтқырлық, броундық қозғалыс, жылулық тепе-теңдік, заттың агрегаттық күйлерінің өзгеруі. Механика бөлімінен кейін молекулалық физика бөлімін оқудың өзінде үлкен бір мән жатыр. Өйткені бұл бөлімде оқушылар механикадағы қозғалыстан ерекше қозғалыспен танысады.

Молекулалық физика бөлімін оқытуда мұғалімнің негізгі мақсаты жылулық қозғалыстың механикалық қозғалыстан айырмашылығын түсіндіру кезінде динамика заңдарының қолдану шегін айқындау және де оқушыларды жылулық құбылыстар мен процестерді қарастаратын статистикалық және термодинамикалық әдістермен таныстыру. Бұл екі әдіс бір дененің күйін әр түрлі жолмен түсіндіргендіктен бірін-бірі толықтырады. Осыған байланысты мұғалім температура, ішкі энергия, идеал газ т. б. ұғымдарды термодинамикалық және статистикалық тұрғыдан олардың мазмұнын аша білуі керек. \

I Тарау Молекула- кинетикалық тиориясының негізгі қағидалары

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.

http://kzdocs.docdat.com/pars_docs/refs/53/52125/52125_html_m6c6f9861.png

: 1. 1-сурет

Молекулалық-кинетикалық теория (МКТ) негiзi мынадай үш қасиеттен тұрады:

барлық денелер бөлшектерден - атомдардан, молекулалардан, оң және терiс зарядталған иондардан - тұрады;

бұл бөлшектер барлық уақытта үздiксiз және бейберекет қозғалыста болады;

бөлшектер арасында өзара әсерлесу күштерi - тартылу және тебiлу күштерi бар. Ол күштер электрлiк сипатқа ие. Бөлшектердiң өзара гравитациялық әсерлесуi өте аз.

http://kzdocs.docdat.com/pars_docs/refs/53/52125/52125_html_4f533321.png

: 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 1/12 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 1/12 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 тұрақтысыдеп 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 кг/моль. (1. 5)

Молярлық және молекулалық массалар арасында мынадай қарапайым байланыс бар:

М = 10-3 ·Мr кг/моль. (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 сызықтыөлшемдерiн бағалауға болады.

Молекуланың өлшемiн былайша анықтауға болады. Бiр молекуланың алатын V0 көлемi зат V көлемiнiң, ондағы молекулалар N санына қатынасына тең: , мұнда ρ=m/V - 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.

http://kzdocs.docdat.com/pars_docs/refs/53/52125/52125_html_md95e710.png

: 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 Ep0минимумына 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, Ek<Ep0 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, . . . , vNарқылы 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)