Презентация «Основы молекулярно-кинетической теории»

Основы молекулярно-кинетической теории Подготовила: А.М. Барановская преподаватель физики БПОУ ОО «ОТММП»

Содержание раздела: Тема 1. Основные положения МКТ Тема 2. Идеальный газ Тема 3. Основное уравнение МКТ Тема 4. Газовые законы

Тема 1. Основные положения МКТ

Основные понятия Молекулярная физика – раздел физики, изучающий зависимости строения и физических свойств тел от характера движения и взаимодействия между частицами, из которых состоят тела. «… теплота состоит во внутреннем движении материи» - из работы М.В. Ломоносова «Размышления о причине теплоты и холода» (1750)

Основные понятия Атомом называют наименьшую частицу данного химического элемента. Молекулой называют наименьшую устойчивую частицу данного вещества, обладающую его основными химическими свойствами.

1. Все тела состоят из мельчайших частиц – атомов, молекул, в состав которых входят ещё более мелкие элементарные частицы (электроны, протоны, нейтроны). Строение любого вещества дискретно. 1. Все тела состоят из мельчайших частиц – атомов, молекул, в состав которых входят ещё более мелкие элементарные частицы (электроны, протоны, нейтроны). Строение любого вещества дискретно. Основные положения МКТ

Мультфильм Исследователи, работающие в компании IBM, создали мультфильм, манипулируя отдельными атомами. Анимационная лента «Мальчик и его атом» (A Boy and His Atom) занесена в книгу рекордов Гиннесса, как самый маленький мультфильм. Мультфильм дает представление о технических возможностях, которые находятся в распоряжении исследователей, разрабатывающих передовые технологии хранения информации. «Мальчик и его атом»

2. Атомы и молекулы вещества всегда находятся в непрерывном хаотическом (беспорядочном) движении. 2. Атомы и молекулы вещества всегда находятся в непрерывном хаотическом (беспорядочном) движении. Основные положения МКТ Диффузия  — процесс взаимного проникновения молекул или атомов одного вещества между молекулами или атомами другого

Броуновское движение Броуновское движение частицы гуммигута в воде Объяснение: удары молекул о частицу не компенсируют друг друга Броуновским движением называется хаотическое и беспорядочное движение маленьких частиц, как правило, молекул в разных жидкостях или газах. Р. Броун, 1827 г.

3. Между частицами любого вещества существуют силы взаимодействия – притяжения и отталкивания. Природа сил – электромагнитная. 3. Между частицами любого вещества существуют силы взаимодействия – притяжения и отталкивания. Природа сил – электромагнитная. Основные положения МКТ Положение устойчивого равновесия соответствует минимуму потенциальной энергии. r0 – расстояние устойчивого равновесия между молекулами.

Масса молекул Mr - относительная молекулярная масса, безразмерная величина, равная отношению массы молекулы к 1/12 массы атома углерода 12C. Задание 1 Определите относительную молекулярную массу следующих веществ: O2, HCl, Cu2SO4 1 а.е.м. (атомная единица массы) = 1/12 mC = 1,6610-27кг

Количество вещества Количество вещества  — физическая величина, характеризующая количество однотипных структурных единиц, содержащихся в веществе. Единица измерения – моль. Моль – количество вещества, содержащего столько же молекул (атомов), сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода. Моль любого вещества содержит одинаковое число молекул (атомов), это число называют числом Авогадро. NA = 6,0221023моль-1 Молярная масса М – масса одного моля вещества, кг/моль. М = Mr10-3 кг/моль N – число молекул (атомов) в веществе.

Закрепление Задание 2 Определите молярную массу следующих веществ: аммиак, гелий, органического соединения (C3H6O)2. Задание 4 Поместятся ли 50 молей ртути в трёхлитровую банку? Задание 3 Определите массу одной молекулы воды.

Тема 2. Идеальный газ

Строение газообразных, жидких и твёрдых тел Газы. Частицы газа не связаны молекулярными силами притяжения и движутся свободно, равномерно, заполняя весь предоставленный им объём. Жидкости. Обладают текучестью, сохраняют объём. Состояние, в котором наблюдается упорядоченное относительное расположение соседних частиц. Твёрдые тела. Сохраняют форму и объём. Атомы и молекулы расположены упорядоченно. Плазма – состояние, в котором имеется большое количество положительно и отрицательно заряженных ионов, а также свободных электронов.

Идеальный газ. Параметры состояния Идеальным газом называют такой газ, для которого можно пренебречь размерами молекул, силами молекулярного взаимодействия; соударения молекул в таком газе происходят по закону соударения упругих шаров. Реальные газы при больших разрежениях ведут себя подобно идеальному. Состояние некоторой массы газа характеризуют параметрами состояния: объёмом V, давлением p, и абсолютной температурой Т.

Параметры состояния идеального газа Объём газа V всегда совпадает с вместимостью сосуда, который он занимает, единица объёма – кубический метр, м3. Давление р – физическая величина, равная отношению силы F, действующий на элемент поверхности нормально к ней, к площади S этого элемента, измеряется в паскалях (Па). Внесистемные единицы: техническая атмосфера 1 ат = 9,81104Па физическая атмосфера 1 атм = 1,013105Па миллиметр ртутного столба 1 мм рт. ст. = 133 Па  

Температура Температура – физическая величина, характеризующая степень нагретости тела. Состояние системы тел, при котором теплообмен между телами будет отсутствовать называют тепловым равновесием. Тела, находящиеся в тепловом равновесии, имеют одинаковые температуры. При изменении температуры изменяются размеры тел, их объёмы, электрическое сопротивление и другие свойства. Для однозначного определения температуры необходим выбор термометрического тела и температурного параметра.

Температурные шкалы Прибор для измерения температуры называют термометром. Эти шкалы не являются научно обоснованными.

Абсолютная шкала температур Задание 6 Переведите в абсолютную шкалу температур: 27C, - 97C. Термодинамическая шкала температур была предложена английским учёным У. Кельвином. За начало отсчета на этой шкале принята температура 0 К = -273,16С (нуль Кельвина), самая низкая температура в природе, называемая абсолютным нулём. За единицу температуры по термодинамической шкале принят кельвин (К). 1 К соответствует 1С. T = 273,16 + t

Тема 3. Основное уравнение МКТ

Основная задача МКТ Микромир масса молекулы, её скорость, кинетическая энергия МКТ связь Макромир масса вещества, давление, температура и т.д.

Основное уравнение МКТ МКТ рассматривает давление газа на стенки сосуда, в котором он находится, как результат ударов молекул о его стенки. Основное уравнение МКТ определяет макроскопическую величину – давление газа через концентрацию n молекул, массу m0 отдельных молекул и среднюю квадратическую скорость их движения.  

Следствие Основное уравнение МКТ:   Средняя кинетическая энергия молекулы газа:     Давление газа равно 2/3 от средней кинетической энергии поступательного движения всех молекул, которые содержатся в единичном объёме.

Закрепление Задание 7 Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул водорода равна 1,3510-20Дж. Определите среднюю квадратичную скорость молекул водорода. Задание 8 Каково давление углекислого газа, если в баллоне объёмом 40 л содержится 51024 молекул, а средняя квадратичная скорость молекул 400 м/с?

Тема 4. Газовые законы

Изопроцессы Всякое изменение состояния газа называется термодинамическим процессом. Процесс, при котором один из параметров остается постоянным, называют изопроцессом. Состояние некоторой массы газа характеризуют параметрами состояния: объёмом V, давлением p, и абсолютной температурой Т. Между параметрами состояния существует однозначное соответствие – уравнение состояния.   Уравнение состояния

Изобарный процесс (p=const) Закон Гей-Люссака: при изобарном процессе отношение объёма данной массы газа к его абсолютной температуре остаётся постоянным.   Для двух состояний:  

Изохорный процесс (V=const) Закон Шарля: при изобарном процессе отношение давления данной массы газа к его абсолютной температуре остаётся постоянным.   Для двух состояний:  

Изотермический процесс (T=const) Закон Бойля - Мариотта: при изотермическом процессе произведение давления данной массы газа на объём остаётся постоянным.     Для двух состояний:

Уравнение Клапейрона На практике чаще всего встречаются случаи, когда одновременно изменяются все три параметра состояния. Можно показать, что в этом случае выполняется уравнение Клапейрона: Для двух состояний:     Произведение давления данной массы газа на его объём пропорционально термодинамической температуре.

Уравнение Менделеева-Клапейрона В общем случае выполняется закон Менделеева-Клапейрона:   = 8,31 Дж/(мольК)- молярная газовая постоянная     где = 1,3810-23Дж/К – постоянная Больцмана.      

Связующая схема

Закрепление Задание 10 Каким должен быть наименьший объём V баллона, чтобы он вмещал m = 6,4 кг кислорода при температуре t = 200C, если его стенки выдерживают давление p = 16 МПа? Задание 9 Определить, есть ли трещины в баллоне, если при повышении температуры с 100 К до 300 К давление повысилось с 120 кПа до 340 кПа. Задание 11 На сколько изменится масса воздуха в аудитории, если в результате неисправности отопительной системы температура в комнате понизится от 20 до 70C? Объём аудитории определите самостоятельно.

Средняя квадратичная скорость молекул Из уравнения Менделеева - Клапейрона Из основного уравнения МКТ           - средняя квадратичная скорость молекул

Скорости движения молекул Метод определения скоростей молекул был предложен О. Штерном (1920). Средняя скорость атомов серебра в опыте оказалась равной 650 м/с. Закон распределения скоростей молекул в газе был получен Жд. К. Максвеллом. Максимум кривой распределения соответствует наиболее вероятной скорости. С повышением температуры наиболее вероятная скорость возрастает.

Закрепление Задание 12 Определите температуру воздуха в аудитории. С какой средней квадратичной скоростью движутся молекулы кислорода и азота, входящие в его состав? Задание 13 Какова концентрация молекул в воздухе при нормальных условиях? Задание 14 Идеальный газ сначала изобарно расширили, а затем изотермически сжали до прежнего объёма. Изобразите эти процессы в координатах p-V, p-T, V-T.

Литература: Дмитриева В.Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений сред. проф. образования. — М., 2014. Дмитриева В.Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля. Сборник задач: учеб. пособие для образовательных учреждений сред. проф. образования. — М., 2014.В.Ф. Дмитриева Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика. Учебник для 10 кл. – М., 2005.