Fizica moleculara si termodinamica implicate in fenomenele provocate de acțiunea combinată a unui număr foarte mare de particule care se deplasează în mod continuu. În ciuda faptului că fiecare particulă se mișcă în conformitate cu legile mecanicii, mișcarea lor combinată nu este mecanică, ci reprezintă o nouă mișcare, mai complexă - mișcare termică. Pentru studiul său, sunt utilizate două metode:
- Statistică (cinetică moleculară) când proprietățile macroscopice ale sistemului determină proprietățile particulelor de sistem, în special a mișcării lor și caracteristicile medii ale mișcării;
- metoda termodinamică unde proprietățile sistemelor macroscopice în echilibru termodinamic, iar procesul se desfășoară între ele descrie un mijloc de parametri termodinamici care caracterizează sistemul în ansamblu - presiunea (p), volumul (V), temperatura (T), - fără a considera microprocesses ceea ce duce la schimbări în aceste condiții.
In studiul fenomenelor moleculare și a metodelor statistice termodinamice se completează reciproc.
Dintre cele trei state, care poate fi o substanță pentru studierea mai simplu este gazos, așa că începe studierea proprietăților substanțelor cu proprietăți de gaze. Pentru a facilita studiul proprietăților de gaze, gaze reale înlocui modelul lor simplificat, care se numește un gaz ideal. Se crede că într-un gaz ideal:
a) forțe intermoleculare, adică, moleculele nu sunt atrase sau respinse unul de altul ..;
b) reacția moleculei are loc numai atunci când ciocnirile lor și este elastic;
c) gazele molecule au nici un volum, adică. e. sunt punctele de masă.
Cel mai apropiat acest model se potrivește cu proprietățile gazelor monoatomice de gaz sunt la presiuni apropiate de atmosferică și temperaturi nu sub -200 0 C.
Când gazul este în echilibru termodinamic, parametrii ce caracterizează așa-numita ecuație asociată stării de gaz ideal - Mendeleev-Clapeyron
unde R = 8,31 J / (mol · K) - constanta universală a gazelor,
υ - cantitatea de substanță, măsurată în mol. 1 reprezintă numărul de moli de substanță, care conține un număr de particule egal cu constanta lui Avogadro NA = 6,022 ∙ 23 octombrie -1 mol,
μ - masa molară - masa unui mol. Acesta este egal cu produsul dintre masa unei singure molecule de numărul lui Avogadro.
Cunoscând numărul lui Avogadro, puteți găsi o mulțime de molecule într-un alt mod:
unde - cantitatea de substanță;
N - numărul de particule în masa materialului m.
Vom introduce unele concepte fizice care descriu sistemul termodinamic (gaz).
Temperatura (T) - cantitatea fizică scalară ce caracterizează intensitatea mișcării termice a moleculelor sistem izolate în condiții de echilibru termodinamic, proporțională cu energia cinetică medie a mișcării de translație a moleculelor.
Energia cinetică medie a mișcării de translație a moleculelor unui gaz ideal este direct proporțională cu temperatura absolută (și nu depinde de masa sa). În termeni i - numărul de grade de libertate a obiectului material (molecula), egal cu numărul de coordonate independente, care ar trebui să fie solicitate să definească în mod clar poziția obiectului în spațiu în raport cu sistemul de referință în cauză. De exemplu, poziția unui punct material în spațiu este determinată de trei coordonate x, y, z, prin urmare, un punct material are trei grade de libertate.
Un corp rigid are șase grade de libertate: coordonatele x, y, poziția z a centrului de masă se determină, unghiurile θ, cp, ψ - doua orientare reciproc perpendiculare, legată fix cu corpul axele PA și O'O „(Fig.1)
x, y, z - grade translatie de libertate;
θ, φ, ψ - grade de libertate de rotație a corpului rigid.
Un sistem de puncte materiale N între care nu există legături rigide, are grade de libertate 3N.
Moleculele de gaz care constau dintr-un atom (Ar, Xe, He) are trei grade de libertate, i = 3; Moleculele de gaz formate din doi atomi (O2, H2, N2) au cinci grade de libertate i = 5; Moleculele de gaz formate din trei sau mai mulți atomi (CO2, CH4) au șase grade de libertate i = 6.
Conform legii Maxwell-Boltzmann, în cazul în care sistemul molecular este în echilibru termic, la o temperatură T. atunci energia cinetică medie este distribuită uniform între toate gradele de libertate și pentru fiecare grad de libertate este egal cu kT / 2. Apoi, energia medie a mișcării termice aleatorie a unei molecule
Moleculele de gaz Ideal nu interacționează unul cu altul, la o distanță, schimbări de stare a gazului ideal este însoțită de o schimbare în doar energia mișcării aleatoare a moleculelor sale. Prin urmare, energia internă în gaz ideal realiza energia haotic de mișcare de translație și de rotație a moleculelor sale.
Energia interna a unui gaz ideal este energia medie a moleculelor de gaz, N:
Este important de remarcat faptul că energia internă a unui gaz ideal depinde numai de temperatura. Acesta este determinat numai de către stat a gazelor și nu depinde de modul în care gazul adus în această stare. Aceste valori sunt numite funcțiile de stat.
Modificarea energiei interne a unui sistem termodinamic, puteți face fie munca, sau trecerea o anumită cantitate de căldură.
O condiție necesară pentru îndeplinirea lucrărilor interacționează cu sistemul de mișcare a obiectelor sau a părților lor macroscopice, și, prin urmare, pentru a modifica volumul sistemului.
Lucrări în termodinamica este dată de
Incrementul volumului sistemului poate fi atât pozitiv, cât și negativ. Dacă dV> 0, atunci lucrarea este pozitivă, adică, sistemul nu funcționează. Dacă dV