Молекулярно-кинетическая теория газов.

Основы молекулярно-кинетической теории газов, которая объ­яснила физический смысл газовых законов, были заложены еще в работах М. В. Ломоносова. В 1744—1748 гг. он разработал теорию атомно-молекулярного строения вещества, впервые обосновал ки­нетическую теорию теплоты и на основании этого объяснил мно­гие неизвестные до него явления. В XIX в. молекулярно-кинетиче­ская теория газов получила свое дальнейшее развитие в работах Клаузиуса, Максвелла и Больцмана. На новейшем ее этапе эта теория была в современном виде разработана Я. И. Френкелем.

В основе кинетической теории идеальных газов лежат следую­щие простые допущения.

Каждый газ

1) состоит из молекул, которые можно рассматри­вать как однородные абсолютно упругие шарики; причем размеры этих шариков-молекул настолько малы по сравнению с межмоле­кулярными расстояниями, что их можно рассматривать как от­дельные материальные точки;

2) столкновение молекул между собой подчиняется законам уда­ра упругих шаров;

3)молекулы не взаимодействуют друг с другом, пока не столк­нутся;

4)движение молекул в газе хаотично, непрерывно, поступа­тельно.

Молекула в разные моменты времени обладает самыми разно­образными скоростями как по величине, так и по направлению. Поэтому трудно описать движение отдельной молекулы. Однако в целом к огромному количеству молекул вследствие беспорядочно­сти их движения можно при­менять законы теории вероят­ности.

Известно, что при множест­ве движущихся молекул (или атомов) число частиц, облада­ющих скоростью, лежащей в данном интервале значений, остается постоянным. Теорети­ческие подсчеты, произведен­ные Максвеллом в 1860 г., по­казали, что молекулы газа по скоростям движения при дан­ной температуре распределя­ются строго определенным об­разом.

Молекулярно-кинетическая теория объяснила многие свойства газов, например стремление их занять возможно больший объем, давление на стенки сосуда, медленный характер процесса диффу­зии, рост давления с повышением температуры и др.

Молекулы ударяются о стенки сосуда, создавая тем самым дав­ление. Его мерой является сила ударов движущихся молекул о по­верхность в 1 м2 в 1 с. С повышением температуры скорость движе­ния молекул увеличивается, вместе с тем увеличивается и число ударов молекул о стенки сосуда, т. е. растет давление газа.

В каждый отдельный момент молекула имеет разные скорости как по величине, так и по направлению, но для каждой постоянной средняя скорость движения молекул есть величина постоянная.

Применяя к хаотическому движению молекул в газе законы меха­ники, удалось получить основное уравнение, которое связывает объем и давление со средней квадратичной скоростью движения молекул газа:

1.23

где N — число молекул газа, находящихся в объеме V; m — масса одной молекулы данного газа.

Для 1 кмоль газа можно записать основное уравнение

1.24

где N0 — постоянная Авогадро. Уравнение (I.24) называется основ­ным, потому что из него можно математически вывести все рас­смотренные выше законы идеальных газов, рассчитать кинетиче­скую энергию молекулы, среднюю скорость движения молекул газа и ряд других важных следствий.

Пользуясь основным уравнением (I.24), можно вывести простое соотношение, чтобы вычислить средние квадратичные скорости движения молекул различных газов для разных температур. При этом необходимо заменить произведение N0m равной ему молярной массой М: pV= l/3 Mu2,но РV= RT; RT= l/3Mu2, откуда

1.25

Из уравнения (I.25) следует, что средняя квадратичная скорость зависит от температуры и природы газа. Для данного газа при по­стоянной температуре является величиной постоянной и выража­ется в м/с. Так, для водорода, азота и кислорода средние квадра­тичные скорости молекул при 0° С соответственно равны 1845, 493 и 461 м/с.

Для реальных газов уравнение Ван-дер-Ваальса будет

1.26

Уравнение Ван-дер-Ваальса значительно точнее отображает состояние реального газа, чем уравнение (I.17), которое было вы­ведено для идеальных газов.

 








Дата добавления: 2016-02-20; просмотров: 1148;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.004 сек.