При рассмотрении вопросов, относящихся к курсу молекулярной физики, широко используют модельные представления. Первым шагом при решении задачи молекулярно-кинетической теории (задачи расчета макроскопических параметров на основе представлений о молекулах и их движения) является выбор модели системы. Молекулярная физика должна дать исчерпывающие сведения о природе газового состояния вещества. При этом основные закономерности, которые имеют место в реальной газе, изучают на его модели – идеальном газе.
Сконструировать модель газа – это значит выразить абстрактно определенные предположения о свойствах молекул газа и об особенностях их движения.
Теперь известно, что атомы и молекулы имеют сложное строение. Однако правильный выбор модели идеального газа позволил молекулярно-кинетической теории газов достичь своего развития еще в тот период, когда о строении атомов ничего не знали.
Кинетическая теория
Теорию идеального газа можно рассматривать на двух уровнях. Во-первых, можно рассматривать газ как сплошную среду без изучения его строения. На этом уровне речь идет об исследовательских газовых законах и уравнениях состояния газа. Во-вторых, изучение идеального газа можно провести значительно глубже на основе перехода от динамических к статистическим закономерностям в совокупности (ансамбле) частиц (молекул) газа. На этом уровне речь идет о молекулярно-кинетической теорию газов.
- Теория, объясняющая свойства идеального газа, в основе которой лежит ряд допущений. Используется в химической кинетике.
- Раздел статистической механики, описывающий свойства идеальных газов с помощью функции распределения.
Положения молекулярно-кинетической теории
В основу молекулярно-кинетической теории газов положены следующие положения.
- Газ состоит из одинаковых по массе (однородный газ) сферических молекул, размерами которых можно пренебречь. Молекулы недеформованны, между ними нет притяжения и отталкивания.
- В произвольном достаточно малом объеме газа, к которому можно применить результаты молекулярно-кинетической теории, содержится очень большое количество молекул. В таких системах возникают новые статистические и вероятностные закономерности, которых не было в системах с малым количеством частиц. Суть этих закономерностей сводится к тому, что в идеальном газе существуют определенные наиболее вероятные распределения молекул по энергиям, координатами, импульсами и др.
- Столкновение молекул между собой и со стенками сосуда происходят по законам упругих ударов.
- Интервалы времени между столкновениями значительно большие, чем время самых столкновений. Несмотря на это, в промежутках между столкновениями молекулы в газе движутся прямолинейно и равномерно.
- При отсутствии внешних сил молекулы газа распределены равномерно по всему объему.
- Направления скоростей молекул газа в равновесном состоянии распределены хаотично, то есть все направления в газе равновероятны ( «молекулярный хаос» – гипотеза Ломоносова – Больцмана). Слово «хаос» следует понимать в том смысле, что система не сохраняет никакой информации о своем прошлом. Представление о хаотичности молекулярного движения достаточно достоверно описывает экспериментальные факты. Поэтому его следует считать своего рода эрзацем, который используется только потому, что нет более точных методов описания совокупности газовых молекул. Наоборот, следует считать, что благодаря введению таких представлений в физике достаточно удачно угадан характер движения молекул в веществе. Гипотеза «молекулярного хаоса» передает представление о самовольное установление в изолированном идеальном газе (при постоянных внешних параметрах) равновесного состояния.
Итак, тепловое движение, во-первых, – это движение большой совокупности частиц, во-вторых, оно хаотично. Эти два его признаки – массовость объектов и хаотичность их движения – качественно отличают тепловое движение от механической формы движения.
Вы можете заказать написание статьи по физике для публикации на Студворк!
Комментарии