მოლეკულური ფიზიკა – ფიზიკის ფილიალი, რომელიც სწავლობს სხეულების ფიზიკურ თვისებებს აგრეგაციის სხვადასხვა მდგომარეობებში, მათი მოლეკულური სტრუქტურის, სხეულების შემქმნელი ნაწილაკების ურთიერთქმედების ძალების და ამ ნაწილაკების თერმული მოძრაობის ბუნების გათვალისწინებით.

ამ მეცნიერების მიერ ჩატარებულმა მრავალრიცხოვანმა კვლევამ შესაძლებელი გახადა ჩამოყალიბებულიყო მოლეკულური კინეტიკური თეორიის ძირითადი დებულებები - MKT.

MKT ხსნის სხეულების აგებულებას და თვისებებს სხეულების შემადგენელი მოლეკულების მოძრაობისა და ურთიერთქმედების კანონების საფუძველზე. .

MCT ეფუძნება სამ მნიშვნელოვან დებულებას, რომლებიც დადასტურებულია ექსპერიმენტულად და თეორიულად.

1. ყველა სხეული შედგება უმცირესი ნაწილაკებისგან - ატომებისგან, მოლეკულებისგან, რომლებიც მოიცავს კიდევ უფრო მცირე ელემენტარულ ნაწილაკებს (ელექტრონები, პროტონები, ნეიტრონები). ნებისმიერი ნივთიერების სტრუქტურა არის დისკრეტული (შეწყვეტილი).
2. მატერიის ატომები და მოლეკულები ყოველთვის უწყვეტ ქაოტურ მოძრაობაში არიან.
3. ნებისმიერი ნივთიერების ნაწილაკებს შორის არის ურთიერთქმედების ძალები - მიზიდულობა და მოგერიება. ამ ძალების ბუნება ელექტრომაგნიტურია.

ეს დებულებები დადასტურებულია ემპირიულად.

1-ლი პოზიციის ექსპერიმენტული დასაბუთება.

ყველა სხეული შედგება პატარა ნაწილაკებისგან. პირველ რიგში, ამას მოწმობს მატერიის გაყოფის შესაძლებლობა (ყველა სხეული შეიძლება დაიყოს ნაწილებად).

ატომებისა და მოლეკულების შემთხვევითი მოძრაობის შესახებ მოლეკულური კინეტიკური თეორიის იდეების ყველაზე ნათელი ექსპერიმენტული დადასტურებაა. ბრაუნის მოძრაობა.

იგი აღმოაჩინა ინგლისელმა ბოტანიკოსმა რ.ბრაუნმა (1827). 1827 წელს ინგლისელებმა ბოტანიკოსმა ბრაუნმა, რომელიც მიკროსკოპით სწავლობდა მცენარეთა შიდა სტრუქტურას, აღმოაჩინა, რომ თხევად გარემოში მყარი ნივთიერების ნაწილაკები უწყვეტ ქაოტურ მოძრაობას ახდენენ.

სითხეში (ან აირში) შეჩერებული ნაწილაკების თერმული მოძრაობა ეწოდებაბრაუნის მოძრაობა.

ბრაუნის ნაწილაკები მოძრაობენ მოლეკულების შემთხვევითი შეჯახების გავლენით. მოლეკულების ქაოტური თერმული მოძრაობის გამო, ეს ზემოქმედება არასოდეს აბალანსებს ერთმანეთს. შედეგად, ბრაუნის ნაწილაკების სიჩქარე შემთხვევით იცვლება სიდიდისა და მიმართულებით და მისი ტრაექტორია რთული ზიგზაგის მრუდია. ბრაუნის მოძრაობის თეორია შექმნა ა.აინშტაინმა (1905 წ.). აინშტაინის თეორია ექსპერიმენტულად დადასტურდა ფრანგი ფიზიკოსის ჟ.პერინის (1908–1911) ცდებში.

ბრაუნის მოძრაობის მიზეზი არის თხევადი ან აირის მოლეკულების უწყვეტი ქაოტური მოძრაობა, რომელიც შემთხვევით ურტყამს ნაწილაკს ყველა მხრიდან, აქცევს მას მოძრაობაში. ნაწილაკების ბრაუნის მოძრაობის მიზეზი არის ის, რომ მასზე მოლეკულების ზემოქმედება არ არის კომპენსირებული.ეს ნიშნავს, რომ ბრაუნის მოძრაობა ასევე არის MKT-ის მე-2 პოზიციის ექსპერიმენტული დასაბუთება.

ნებისმიერი ნივთიერების (მყარი, თხევადი, აირისებრი) მოლეკულების უწყვეტი მოძრაობა დასტურდება დიფუზიის მრავალი ექსპერიმენტით.

დიფუზიითეწოდება ერთი ნივთიერების მოლეკულების სპონტანური შეღწევის ფენომენს მეორის მოლეკულებს შორის უფსკრულისკენ. იმათ. ეს არის ნივთიერებების სპონტანური შერევა.

თუ ოთახში სუნიანი ნივთიერება (სუნამო) შემოიტანეს, მაშინ ცოტა ხნის შემდეგ ამ ნივთიერების სუნი მთელ ოთახში გავრცელდება. ეს მიუთითებს იმაზე, რომ ერთი ნივთიერების მოლეკულები გარე ძალების გავლენის გარეშე შეაღწევს მეორეში. დიფუზია შეინიშნება როგორც სითხეებში, ასევე მყარ სხეულებში.

მატერიის სტრუქტურის შესწავლისას დადგინდა, რომ მოლეკულებს შორის ერთდროულად მოქმედებს მიმზიდველი და ამაღელვებელი ძალები, რომლებსაც მოლეკულური ძალები ეწოდება. ეს არის ელექტრომაგნიტური ძალები.

მყარი ნივთიერებების გაჭიმვის წინააღმდეგობის გაწევის უნარი, თხევადი ზედაპირის განსაკუთრებული თვისებები იწვევს დასკვნას, რომ მოლეკულებს შორის არსებობს მიმზიდველი ძალები.

ძალიან მკვრივი აირების და განსაკუთრებით სითხეებისა და მყარი ნივთიერებების დაბალი შეკუმშვა ნიშნავს, რომ არსებობს ამაღელვებელი ძალები.

ეს ძალები მოქმედებენ ერთდროულად. ეს ასე რომ არ ყოფილიყო, მაშინ სხეულები არ იქნებოდნენ სტაბილური: ისინი ან ნაწილაკებად დაიმსხვრევდნენ, ან ერთმანეთს ეწებებოდნენ.

ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედებაარის ელექტრულად ნეიტრალური მოლეკულების და ატომების ურთიერთქმედება.

ორ მოლეკულას შორის მოქმედი ძალები დამოკიდებულია მათ შორის მანძილზე. მოლეკულები არის რთული სივრცითი სტრუქტურები, რომლებიც შეიცავს როგორც დადებით, ასევე უარყოფით მუხტს. თუ მოლეკულებს შორის მანძილი საკმარისად დიდია, მაშინ ჭარბობს ინტერმოლეკულური მიზიდულობის ძალები. მცირე დისტანციებზე ჭარბობს საგრებელი ძალები. შედეგად მიღებული ძალის დამოკიდებულებები ფდა პოტენციური ენერგია ეპმოლეკულებს შორის ურთიერთქმედება მათ ცენტრებს შორის მანძილზე ხარისხობრივად არის გამოსახული ფიგურაში. რაღაც მანძილზე რ = რ 0, ურთიერთქმედების ძალა ქრება. ეს მანძილი პირობითად შეიძლება მივიღოთ მოლეკულის დიამეტრად. პოტენციური ურთიერთქმედების ენერგია ზე რ = რ 0 არის მინიმალური. ორი მოლეკულის ამოღება, რომლებიც ერთმანეთისგან დაშორებულია რ 0 , თქვენ უნდა მისცეთ მათ დამატებითი ენერგია ე 0 . ღირებულება ე 0 ეწოდება პოტენციური ჭაბურღილის სიღრმეან სავალდებულო ენერგია .

ერთი მოლეკულის ელექტრონებსა და მეორის ბირთვებს შორის მოქმედებს მიმზიდველი ძალები, რომლებიც პირობითად უარყოფითად ითვლება (გრაფიკის ქვედა ნაწილი). ამავდროულად, მოლეკულების ელექტრონებსა და მათ ბირთვებს შორის მოქმედებს საგრებელი ძალები, რომლებიც პირობითად დადებითად ითვლება (გრაფიკის ზედა ნაწილი). მოლეკულების ზომის ტოლ მანძილზე, მიღებული ძალა ნულის ტოლია, ე.ი. მიზიდულობის ძალები აბალანსებს მოწინააღმდეგე ძალებს. ეს არის მოლეკულების ყველაზე სტაბილური განლაგება. მანძილის მატებასთან ერთად მიზიდულობა აჭარბებს საგრუნებელ ძალას; მოლეკულებს შორის მანძილი მცირდება, პირიქით.

ატომები და მოლეკულები ურთიერთქმედებენ და შესაბამისად აქვთ პოტენციური ენერგია.

ატომები და მოლეკულები მუდმივ მოძრაობაში არიან და ამიტომ აქვთკინეტიკური ენერგია.

მოლეკულების მასა და ზომა

ნივთიერებების უმეტესობა შედგება მოლეკულებისგან, ამიტომ მაკროსკოპული ობიექტების თვისებების ახსნის, ფენომენების ახსნისა და პროგნოზირებისთვის მნიშვნელოვანია მოლეკულების ძირითადი მახასიათებლების ცოდნა.

მოლეკულაეწოდება მოცემული ნივთიერების ყველაზე პატარა სტაბილურ ნაწილაკს, რომელსაც აქვს თავისი ძირითადი ქიმიური თვისებები.

მოლეკულა შედგება კიდევ უფრო მცირე ნაწილაკებისგან, რომლებსაც ატომები ჰქვია, რომლებიც, თავის მხრივ, ელექტრონებისა და ბირთვებისგან შედგება.

ატომიდაასახელეთ მოცემული ქიმიური ელემენტის უმცირესი ნაწილაკი.

მოლეკულების ზომებიძალიან პატარა.

მოლეკულის დიამეტრის სიდიდის რიგია 1 * 10 - 8 სმ = 1 * 10 - 10 მ

მოლეკულის მოცულობის სიდიდის რიგია 1 * 10 - 20 მ 3

ის ფაქტი, რომ მოლეკულების ზომები მცირეა, ასევე შეიძლება ვიმსჯელოთ გამოცდილებიდან. 1 ლიტრ (მ 3) სუფთა წყალში გავაზავებთ 1 მ 3 მწვანე მელანს, მელანს გავაზავებთ 1 000 000-ჯერ. დავინახავთ, რომ ხსნარს აქვს მწვანე ფერი და ამავდროულად ერთგვაროვანია. ეს იმაზე მეტყველებს, რომ 1,000,000-ჯერ განზავების შემთხვევაშიც კი წყალში დიდი რაოდენობითაა საღებავის მოლეკულები. ეს ექსპერიმენტი აჩვენებს, თუ რამდენად მცირეა მოლეკულების ზომები.

1 სმ 3 წყალი შეიცავს 3,7 * 10 -8 მოლეკულას.

მოლეკულების მასის სიდიდის რიგია 1 * 10 -23 გ \u003d 1 * 10 -26 კგ

მოლეკულურ ფიზიკაში ჩვეულებრივია ატომებისა და მოლეკულების მასების დახასიათება არა მათი აბსოლუტური მნიშვნელობებით (კგ), არამედ ფარდობითი ატომური მასის და ფარდობითი მოლეკულური მასის შედარებით განზომილებიანი მნიშვნელობებით.

საერთაშორისო შეთანხმებით, ნახშირბადის 12 C იზოტოპის მასის 1/12 (m 0C) აღებულია როგორც ერთეული ატომური მასა m 0:

მ 0 \u003d 1/12 მ 0С \u003d 1.66 * 10 -27

შედარებითი მოლეკულური წონაშეიძლება განისაზღვროს, თუ მოლეკულის მასის აბსოლუტური მნიშვნელობა (მ მოლი კგ-ში) იყოფა ერთეულ ატომურ მასაზე.

M 0 \u003d მ მოლი / 1/12 მ 0С

ნივთიერების ფარდობითი მოლეკულური (ატომური) მასა (პერიოდული ცხრილიდან)

7 14 N აზოტი M 0 N = 14 M 0 N 2 = 28

ნივთიერებაში შემავალი ატომების ან მოლეკულების ფარდობითი რაოდენობა ხასიათდება ფიზიკური რაოდენობით, რომელსაც ეწოდება ნივთიერების რაოდენობა.

ნივთიერების რაოდენობაע – არის მოლეკულების (ატომების) რაოდენობის თანაფარდობანქვედა მაკროსკოპულ სხეულში მოლეკულების რაოდენობა 0,012 კგ ნახშირბადშინ ა

ნივთიერების რაოდენობა გამოიხატება მოლში

ერთი მოლიეს არის ნივთიერების რაოდენობა, რომელშიც იმდენი მოლეკულაა (ატომები), რამდენი ატომია 0,012 კგ ნახშირბადში.

ნებისმიერი ნივთიერების მოლი შეიცავს იმავე რაოდენობის მოლეკულებს. ამ ნომერს ეძახიან მუდმივი ავოგადრონ ა\u003d 6.02 * 10 23 მოლი -1

ნივთიერების ერთი მოლის მასას ეწოდება მოლური მასა.

ნივთიერების მოცემულ მასაში მოლეკულების რაოდენობა:

ნივთიერების მასა (ნივთიერების ნებისმიერი რაოდენობა):

მოლური მასის განსაზღვრა:

ვიდეო რესურსი: მოლეკულების მასა. ნივთიერების რაოდენობა.

(youtube)bfPw9aZJVqk&list=PLhOzgnnk_5jyM6NXfLniX5sX3rZTrpoea&index=18(/youtube)

ტემპერატურის ცნება ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანია მოლეკულურ ფიზიკაში.

ტემპერატურაარის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც ახასიათებს სხეულების გაცხელების ხარისხს.

მოლეკულების შემთხვევითი მოძრაობა ეწოდებათერმული მოძრაობა.

თერმული მოძრაობის კინეტიკური ენერგია იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად. დაბალ ტემპერატურაზე, მოლეკულის საშუალო კინეტიკური ენერგია შეიძლება იყოს მცირე. ამ შემთხვევაში მოლეკულები კონდენსირდება თხევად ან მყარად; ამ შემთხვევაში, მოლეკულებს შორის საშუალო მანძილი დაახლოებით ტოლი იქნება მოლეკულის დიამეტრის. ტემპერატურის მატებასთან ერთად მოლეკულის საშუალო კინეტიკური ენერგია უფრო დიდი ხდება, მოლეკულები ერთმანეთს შორდებიან და წარმოიქმნება აირისებრი ნივთიერება.

ტემპერატურის ცნება მჭიდრო კავშირშია თერმული წონასწორობის კონცეფციასთან. ერთმანეთთან კონტაქტში მყოფ სხეულებს შეუძლიათ ენერგიის გაცვლა. თერმული კონტაქტით ერთი სხეულიდან მეორეში გადაცემულ ენერგიას ე.წ სითბოს რაოდენობა.

განვიხილოთ მაგალითი. თუ გახურებულ ლითონს ყინულზე დადებთ, ყინული დაიწყებს დნობას და ლითონი გაცივდება მანამ, სანამ სხეულების ტემპერატურა ერთნაირი არ გახდება. სხვადასხვა ტემპერატურის ორ სხეულს შორის შეხებისას ხდება სითბოს გაცვლა, რის შედეგადაც ლითონის ენერგია მცირდება და ყინულის ენერგია იზრდება.

სითბოს გადაცემის დროს ენერგია ყოველთვის გადადის უფრო მაღალი ტემპერატურის მქონე სხეულიდან უფრო დაბალი ტემპერატურის მქონე სხეულზე.საბოლოო ჯამში, დგება სხეულთა სისტემის მდგომარეობა, რომელშიც არ იქნება სითბოს გაცვლა სისტემის სხეულებს შორის. ასეთ სახელმწიფოს ე.წ თერმული წონასწორობა.

Თერმული წონასწორობა– ეს არის თერმული კონტაქტის მქონე სხეულების სისტემის ისეთი მდგომარეობა, რომელშიც არ ხდება სითბოს გადაცემა ერთი სხეულიდან მეორეზე და სხეულების ყველა მაკროსკოპული პარამეტრი უცვლელი რჩება.

ტემპერატურა– ეს არის ფიზიკური პარამეტრი, რომელიც ერთნაირია თერმული წონასწორობის ყველა სხეულისთვის.ტემპერატურის კონცეფციის დანერგვის შესაძლებლობა გამოცდილებიდან გამომდინარეობს და მას თერმოდინამიკის ნულოვანი კანონი ეწოდება.

თერმული წონასწორობის სხეულებს აქვთ იგივე ტემპერატურა.

ტემპერატურის გასაზომად, ყველაზე ხშირად გამოიყენება სითხის თვისება, შეცვალოს მოცულობა გაცხელებისას (და გაგრილებისას).

ინსტრუმენტს, რომელიც გამოიყენება ტემპერატურის გასაზომად, ე.წთერმომეტრი.

თერმომეტრის შესაქმნელად აუცილებელია აირჩიოთ თერმომეტრიული ნივთიერება (მაგალითად, ვერცხლისწყალი, ალკოჰოლი) და თერმომეტრიული რაოდენობა, რომელიც ახასიათებს ნივთიერების თვისებას (მაგალითად, ვერცხლისწყლის ან ალკოჰოლის სვეტის სიგრძე). სხვადასხვა დიზაინის თერმომეტრები იყენებენ ნივთიერების სხვადასხვა ფიზიკურ თვისებებს (მაგალითად, მყარი სხეულების ხაზოვანი ზომების ცვლილება ან გამტარების ელექტრული წინააღმდეგობის ცვლილება გაცხელებისას). თერმომეტრები უნდა იყოს დაკალიბრებული. ამისათვის ისინი თერმულ კონტაქტში შედიან სხეულებთან, რომელთა ტემპერატურა მიჩნეულია მიჩნეული. ყველაზე ხშირად გამოიყენება მარტივი ბუნებრივი სისტემები, რომლებშიც ტემპერატურა უცვლელი რჩება, გარემოსთან სითბოს გაცვლის მიუხედავად - ეს არის ყინულისა და წყლის ნაზავი და წყლისა და ორთქლის ნარევი ნორმალური ატმოსფერული წნევის დროს დუღილის დროს.

ჩვეულებრივი თხევადი თერმომეტრი შედგება პატარა მინის ავზისაგან, რომელზეც მიმაგრებულია შუშის მილი ვიწრო შიდა არხით. რეზერვუარი და მილის ნაწილი ივსება ვერცხლისწყლით. საშუალო ტემპერატურა, რომელშიც თერმომეტრია ჩაძირული, განისაზღვრება მილში ვერცხლისწყლის ზედა დონის პოზიციით. სასწორზე დაყოფა შეთანხმდნენ, რომ გამოიყენონ შემდეგნაირად. რიცხვი 0 მოთავსებულია სასწორის ადგილზე, სადაც დაყენებულია თხევადი სვეტის დონე, როდესაც თერმომეტრი დნება თოვლში (ყინულში) დაშვებულია, რიცხვი 100 მოთავსებულია იმ ადგილას, სადაც დაყენებულია თხევადი სვეტის დონე, როდესაც თერმომეტრი ჩაეფლო წყლის ორთქლში, რომელიც მდუღარე ნორმალურ წნევაზე (10 5 Pa). ამ ნიშნებს შორის მანძილი დაყოფილია 100 თანაბარ ნაწილად, რომელსაც გრადუსი ეწოდება. მასშტაბის დაყოფის ეს გზა შემოიღო ცელსიუსმა. ცელსიუსის ხარისხი აღინიშნება როგორც ºС.

ტემპერატურის მიხედვით ცელსიუსის მასშტაბი ყინულის დნობის წერტილი ენიჭება 0 °C ტემპერატურას, ხოლო წყლის დუღილის წერტილი 100 °C. თერმომეტრის კაპილარებში თხევადი სვეტის სიგრძის ცვლილება 0 °C-დან 100 °C-მდე ნიშნულებს შორის სიგრძის მეასედით ითვლება 1 °C.

რიგ ქვეყნებში (აშშ) ფართოდ გამოიყენება ფარენჰაიტი (თ F), რომელშიც წყლის გაყინვის ტემპერატურა ითვლება 32 °F, ხოლო წყლის დუღილის წერტილი არის 212 °F. აქედან გამომდინარე,

მერკური თერმომეტრებიგამოიყენება ტემპერატურის გასაზომად -30 ºС-დან +800 ºС-მდე დიაპაზონში. Ისევე, როგორც თხევადიგამოიყენება ვერცხლისწყლისა და ალკოჰოლის თერმომეტრები ელექტროდა გაზითერმომეტრები.

ელექტრო თერმომეტრი - წინააღმდეგობის თერმომეტრი -იგი იყენებს ლითონის წინააღმდეგობის დამოკიდებულებას ტემპერატურაზე.

განსაკუთრებული ადგილი ფიზიკაში უჭირავს გაზის თერმომეტრი , რომელშიც თერმომეტრიული ნივთიერება არის იშვიათი გაზი (ჰელიუმი, ჰაერი) მუდმივი მოცულობის ჭურჭელში ( ვ= const), ხოლო თერმომეტრიული რაოდენობა არის გაზის წნევა გვ. გამოცდილება აჩვენებს, რომ გაზის წნევა (at ვ= const) იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად, რომელიც იზომება ცელსიუსში.

რომდააკალიბრეთ მუდმივი მოცულობის გაზის თერმომეტრი, წნევა შეიძლება გაიზომოს ორ ტემპერატურაზე (მაგ. 0 °C და 100 °C), წერტილებით გვ 0 და გვ 100 სქემაზე და შემდეგ დახაზეთ სწორი ხაზი მათ შორის. ამგვარად მიღებული კალიბრაციის მრუდის გამოყენებით შეიძლება განისაზღვროს სხვა წნევის შესაბამისი ტემპერატურა.

გაზის თერმომეტრები არის მოცულობითი და მოუხერხებელია პრაქტიკული გამოყენებისთვის: ისინი გამოიყენება, როგორც ზუსტი სტანდარტი სხვა თერმომეტრების დაკალიბრებისთვის.

სხვადასხვა თერმომეტრიული სხეულებით სავსე თერმომეტრების ჩვენებები, როგორც წესი, გარკვეულწილად განსხვავდება. იმისათვის, რომ ზუსტად განსაზღვროთ ტემპერატურა არ არის დამოკიდებული თერმომეტრის შემავსებელ ნივთიერებაზე, წარმოგიდგენთ თერმოდინამიკური ტემპერატურის მასშტაბი.

მის გასაცნობად, განვიხილოთ, თუ როგორ არის დამოკიდებული გაზის წნევა ტემპერატურაზე, როდესაც მისი მასა და მოცულობა მუდმივი რჩება.

თერმოდინამიკური ტემპერატურის მასშტაბი. Აბსოლუტური ნული.

ავიღოთ დახურული ჭურჭელი გაზით და გავაცხელოთ, თავდაპირველად მოვათავსოთ გამდნარ ყინულში. გაზის ტემპერატურას t ვადგენთ თერმომეტრით, ხოლო p წნევას მანომეტრით. გაზის ტემპერატურის მატებასთან ერთად მისი წნევა გაიზრდება. ეს დამოკიდებულება აღმოაჩინა ფრანგმა ფიზიკოსმა ჩარლზმა. ამ გამოცდილებაზე დაფუძნებული p-ს წინააღმდეგ t-ის დიაგრამა არის სწორი ხაზი.

თუ გრაფიკს გავაგრძელებთ დაბალი წნევის რეგიონში, შეგვიძლია განვსაზღვროთ რაღაც „ჰიპოთეტური“ ტემპერატურა, რომლის დროსაც გაზის წნევა გახდება ნულის ტოლი. გამოცდილება აჩვენებს, რომ ეს ტემპერატურა არის -273,15 °C და არ არის დამოკიდებული აირის თვისებებზე. შეუძლებელია ექსპერიმენტულად მიღება გაზის გაციებით ნულოვანი წნევის მდგომარეობაში, რადგან ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე ყველა აირი გადადის თხევად ან მყარ მდგომარეობაში. იდეალური გაზის წნევა განისაზღვრება ჭურჭლის კედლებზე შემთხვევით მოძრავი მოლეკულების ზემოქმედებით. ეს ნიშნავს, რომ გაზის გაციებისას წნევის დაქვეითება აიხსნება E გაზის მოლეკულების ტრანსლაციის მოძრაობის საშუალო ენერგიის შემცირებით; გაზის წნევა ნულის ტოლი იქნება, როდესაც მოლეკულების გადამყვანი მოძრაობის ენერგია ნულის ტოლი გახდება.

ინგლისელმა ფიზიკოსმა ვ.კელვინმა (ტომსონმა) წამოაყენა მოსაზრება, რომ აბსოლუტური ნულის მიღებული მნიშვნელობა შეესაბამება ყველა ნივთიერების მოლეკულების მთარგმნელობითი მოძრაობის შეწყვეტას. აბსოლუტურ ნულზე დაბალი ტემპერატურა ბუნებაში შეუძლებელია. ეს არის შეზღუდვის ტემპერატურა, რომლის დროსაც იდეალური გაზის წნევა ნულის ტოლია.

ტემპერატურა, რომელზედაც მოლეკულების მთარგმნელობითი მოძრაობა უნდა შეჩერდეს, ეწოდებააბსოლუტური ნული (ან ნულოვანი კელვინი).

კელვინმა 1848 წელს შესთავაზა გაზის ნულოვანი წნევის წერტილის გამოყენება ახალი ტემპერატურის სკალის შესაქმნელად - თერმოდინამიკური ტემპერატურის მასშტაბი(კელვინის მასშტაბი). აბსოლუტური ნულის ტემპერატურა აღებულია, როგორც საცნობარო წერტილი ამ მასშტაბზე.

SI სისტემაში კელვინის შკალაზე ტემპერატურის საზომი ერთეული ეწოდება კელვინიდა აღინიშნება ასო K.

კელვინის ხარისხის ზომა განისაზღვრება ისე, რომ ემთხვევა ცელსიუს ხარისხს, ე.ი. 1K შეესაბამება 1ºС.

თერმოდინამიკური ტემპერატურის შკალაზე გაზომილი ტემპერატურა აღინიშნება T. ე.წ აბსოლუტური ტემპერატურაან თერმოდინამიკური ტემპერატურა.

კელვინის ტემპერატურის სკალა ეწოდება აბსოლუტური ტემპერატურის მასშტაბი . ის ყველაზე მოსახერხებელია ფიზიკური თეორიების აგებაში.

გაზის ნულოვანი წნევის წერტილის გარდა, რომელსაც ე.წ აბსოლუტური ნულოვანი ტემპერატურა საკმარისია მივიღოთ კიდევ ერთი ფიქსირებული საცნობარო წერტილი. კელვინის მასშტაბით, ეს წერტილი არის წყლის სამმაგი წერტილის ტემპერატურა(0,01 °C), რომელშიც სამივე ფაზა თერმულ წონასწორობაშია – ყინული, წყალი და ორთქლი. კელვინის შკალაზე, სამმაგი წერტილის ტემპერატურა ვარაუდობენ 273,16 კ.

კავშირი აბსოლუტურ ტემპერატურასა და მასშტაბის ტემპერატურას შორის ცელსიუსიგამოიხატება ფორმულით T = 273.16 +ტ, სადაც t არის ტემპერატურა ცელსიუს გრადუსებში.

უფრო ხშირად ისინი იყენებენ სავარაუდო ფორმულას T \u003d 273 + t და t \u003d T - 273

აბსოლუტური ტემპერატურა არ შეიძლება იყოს უარყოფითი.

გაზის ტემპერატურა არის მოლეკულური მოძრაობის საშუალო კინეტიკური ენერგიის საზომი.

ჩარლზის ექსპერიმენტებში აღმოჩნდა p-ის დამოკიდებულება t-ზე. იგივე ურთიერთობა იქნება p-სა და T-ს შორის: ე.ი. p და T შორის პირდაპირპროპორციულია.

ერთის მხრივ, გაზის წნევა პირდაპირპროპორციულია მისი ტემპერატურისა, მეორე მხრივ, უკვე ვიცით, რომ გაზის წნევა პირდაპირპროპორციულია E მოლეკულების გადამყვანი მოძრაობის საშუალო კინეტიკური ენერგიის (p = 2/3*E). *n). ასე რომ E პირდაპირპროპორციულია T-ის.

გერმანელმა მეცნიერმა ბოლცმანმა შესთავაზა პროპორციულობის კოეფიციენტის (3/2)k შეყვანა T-ზე E-ს დამოკიდებულებაში.

E = (3/2)კთ

ამ ფორმულიდან გამომდინარეობს, რომ მოლეკულების მთარგმნელობითი მოძრაობის კინეტიკური ენერგიის საშუალო მნიშვნელობა არ არის დამოკიდებული გაზის ბუნებაზე, მაგრამ განისაზღვრება მხოლოდ მისი ტემპერატურით.

ვინაიდან E \u003d m * v 2 / 2, შემდეგ m * v 2 / 2 \u003d (3/2) kT

საიდანაც გაზის მოლეკულების ფესვის საშუალო კვადრატული სიჩქარე

მუდმივი მნიშვნელობა k ეწოდება ბოლცმანის მუდმივი.

SI-ში მას აქვს მნიშვნელობა k = 1.38 * 10 -23 J / K

თუ ჩვენ შევცვლით E-ს მნიშვნელობას ფორმულაში p \u003d 2/3 * E * n, მაშინ მივიღებთ p = 2/3*(3/2)kT* n, შემცირება, მივიღებთ გვ = ნ* კ*ტ

გაზის წნევა არ არის დამოკიდებული მის ბუნებაზე, მაგრამ განისაზღვრება მხოლოდ მოლეკულების კონცენტრაციითნდა გაზის ტემპერატურა T.

თანაფარდობა p = 2/3*E*n ადგენს ურთიერთობას მიკროსკოპულ (მნიშვნელობები განისაზღვრება გამოთვლების გამოყენებით) და მაკროსკოპული (მნიშვნელობები შეიძლება განისაზღვროს ხელსაწყოების წაკითხვით) გაზის პარამეტრებს შორის, ამიტომ მას ჩვეულებრივ ე.წ. აირების მოლეკულურ-კინეტიკური თეორიის ძირითადი განტოლება.

განმარტება

მოლეკულური კინეტიკური თეორიის საფუძვლიანი განტოლება აკავშირებს მაკროსკოპულ სიდიდეებს, რომლებიც აღწერს (მაგალითად, წნევას) მისი მოლეკულების პარამეტრებთან (და მათ სიჩქარეებთან). ეს განტოლება ასე გამოიყურება:

აქ არის გაზის მოლეკულის მასა, არის ასეთი ნაწილაკების კონცენტრაცია მოცულობის ერთეულზე და არის მოლეკულური სიჩქარის საშუალო კვადრატი.

MKT-ის ძირითადი განტოლება ნათლად ხსნის, თუ როგორ იქმნება იდეალური გაზი მის მიმდებარე ჭურჭლის კედლებზე. მოლეკულები მუდმივად ურტყამს კედელს, მოქმედებენ მასზე გარკვეული ძალით F. აქ უნდა გვახსოვდეს: როდესაც მოლეკულა ეჯახება ობიექტს, მასზე მოქმედებს ძალა -F, რის შედეგადაც მოლეკულა „ბრუნდება“ კედელი. ამ შემთხვევაში, მიგვაჩნია, რომ მოლეკულების შეჯახება კედელთან არის აბსოლუტურად ელასტიური: მოლეკულების და კედლის მექანიკური ენერგია მთლიანად შენარჩუნებულია ში გადასვლის გარეშე. ეს ნიშნავს, რომ შეჯახების დროს იცვლება მხოლოდ მოლეკულები და არ ხდება მოლეკულების და კედლის გათბობა.

იმის ცოდნა, რომ კედელთან შეჯახება ელასტიური იყო, შეგვიძლია ვიწინასწარმეტყველოთ, როგორ შეიცვლება მოლეკულის სიჩქარე შეჯახების შემდეგ. სიჩქარის მოდული იგივე დარჩება როგორც შეჯახებამდე და მოძრაობის მიმართულება შეიცვლება საპირისპიროდ Ox ღერძის მიმართ (ვვარაუდობთ, რომ Ox არის ღერძი, რომელიც პერპენდიკულარულია კედელზე).

გაზის მოლეკულები ბევრია, ისინი შემთხვევით მოძრაობენ და ხშირად ხვდებიან კედელს. ვიპოვეთ ძალების გეომეტრიული ჯამი, რომლითაც თითოეული მოლეკულა მოქმედებს კედელზე, ჩვენ ვიგებთ გაზის წნევის ძალას. მოლეკულების სიჩქარის საშუალოდ, აუცილებელია სტატისტიკური მეთოდების გამოყენება. ამიტომ ძირითადი MKT განტოლება იყენებს მოლეკულური სიჩქარის საშუალო კვადრატს და არა საშუალო სიჩქარის კვადრატს: შემთხვევით მოძრავი მოლეკულების საშუალო სიჩქარე ნულის ტოლია და ამ შემთხვევაში წნევას არ მივიღებთ.

ახლა განტოლების ფიზიკური მნიშვნელობა ნათელია: რაც უფრო მეტ მოლეკულას შეიცავს მოცულობაში, მით უფრო მძიმეა ისინი და რაც უფრო სწრაფად მოძრაობენ, მით მეტ წნევას ქმნიან ჭურჭლის კედლებზე.

ძირითადი MKT განტოლება იდეალური გაზის მოდელისთვის

უნდა აღინიშნოს, რომ ძირითადი MKT განტოლება მიღებული იყო იდეალური გაზის მოდელისთვის შესაბამისი დაშვებებით:

1. მოლეკულების შეჯახება მიმდებარე ობიექტებთან აბსოლუტურად ელასტიურია. რეალური გაზებისთვის ეს მთლად ასე არ არის; ზოგიერთი მოლეკულა მაინც გადადის მოლეკულების და კედლის შიდა ენერგიაში.
2. მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედების ძალები შეიძლება უგულებელყოფილი იყოს. თუ რეალური გაზი არის მაღალ წნევაზე და შედარებით დაბალ ტემპერატურაზე, ეს ძალები ძალიან მნიშვნელოვანი ხდება.
3. ჩვენ ვთვლით მოლეკულებს მატერიალურ წერტილებად, უგულებელყოფთ მათ ზომას. თუმცა, რეალური აირების მოლეკულების ზომები გავლენას ახდენს მოლეკულებსა და კედელს შორის მანძილს.
4. და ბოლოს, MKT-ის მთავარი განტოლება განიხილავს ერთგვაროვან გაზს - და სინამდვილეში ჩვენ ხშირად საქმე გვაქვს აირების ნარევებთან. როგორიცაა, .

თუმცა, იშვიათი გაზებისთვის, ეს განტოლება იძლევა ძალიან ზუსტ შედეგებს. გარდა ამისა, ბევრი რეალური აირი ოთახის ტემპერატურაზე და ატმოსფერულთან ახლოს ზეწოლაზე, თვისებებით ძალიან ჰგავს იდეალურ გაზს.

როგორც კანონებიდან ცნობილია, ნებისმიერი სხეულის ან ნაწილაკების კინეტიკური ენერგია. ჩვენ მიერ ჩაწერილ განტოლებაში თითოეული ნაწილაკების მასის და მათი სიჩქარის კვადრატის ნამრავლის ჩანაცვლებით, შეგვიძლია წარმოვადგინოთ იგი როგორც:

ასევე, გაზის მოლეკულების კინეტიკური ენერგია გამოიხატება ფორმულით, რომელიც ხშირად გამოიყენება პრობლემების დროს. აქ k არის ბოლცმანის მუდმივი, რომელიც ადგენს ურთიერთობას ტემპერატურასა და ენერგიას შორის. კ=1,38 10 -23 ჯ/კ.

MKT-ის ძირითადი განტოლება ემყარება თერმოდინამიკას. იგი ასევე გამოიყენება პრაქტიკაში ასტრონავტიკაში, კრიოგენიკასა და ნეიტრონულ ფიზიკაში.

პრობლემის გადაჭრის მაგალითები

მაგალითი 1

ვარჯიში	განსაზღვრეთ ჰაერის ნაწილაკების მოძრაობის სიჩქარე ნორმალურ პირობებში.
გადაწყვეტილება	ჩვენ ვიყენებთ ძირითად MKT განტოლებას, განვიხილავთ ჰაერს, როგორც ერთგვაროვან გაზს. ვინაიდან ჰაერი რეალურად აირების ნაზავია, პრობლემის გადაწყვეტა არ იქნება აბსოლუტურად ზუსტი. გაზის წნევა: ჩვენ შეგვიძლია შევამჩნიოთ, რომ პროდუქტი არის აირი, რადგან n არის ჰაერის მოლეკულების კონცენტრაცია (მოცულობის ორმხრივი), ხოლო m არის მოლეკულის მასა. მაშინ წინა განტოლება ხდება: ნორმალურ პირობებში, წნევა არის 10 5 Pa, ჰაერის სიმკვრივეა 1.29 კგ / მ 3 - ეს მონაცემები შეიძლება იქნას მიღებული საცნობარო ლიტერატურიდან. წინა გამოთქმიდან ვიღებთ ჰაერის მოლეკულებს:
უპასუხე	ქალბატონი

მაგალითი 2

ვარჯიში	განსაზღვრეთ ერთგვაროვანი აირის მოლეკულების კონცენტრაცია 300 K და 1 მპა ტემპერატურაზე. ჩათვალეთ გაზი იდეალურად.
გადაწყვეტილება	დავიწყოთ ამოცანის ამოხსნა MKT-ის ძირითადი განტოლებით: , ისევე როგორც ნებისმიერი მატერიალური ნაწილაკები: . მაშინ ჩვენი გაანგარიშების ფორმულა მიიღებს ოდნავ განსხვავებულ ფორმას:

მოლეკულურ-კინეტიკური თეორიის ძირითადი დებულებები.

მოლეკულურ-კინეტიკური თეორია (MKT) ეხება ნივთიერებების თვისებების შესწავლას მატერიის ნაწილაკების შესახებ იდეებზე დაყრდნობით.

ICT ეფუძნება სამ ძირითად პრინციპს:

1. ყველა ნივთიერება შედგება ნაწილაკებისგან – მოლეკულებისგან, ატომებისგან და იონებისგან.

2. მატერიის ნაწილაკები მუდმივად და შემთხვევით მოძრაობენ.

3. მატერიის ნაწილაკები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან.

ნივთიერებაში ატომებისა და მოლეკულების შემთხვევით (ქაოტურ) მოძრაობას ეწოდება თერმული მოძრაობა, რადგან ტემპერატურის მატებასთან ერთად ნაწილაკების მოძრაობის სიჩქარე იზრდება. მატერიაში ატომებისა და მოლეკულების უწყვეტი მოძრაობის ექსპერიმენტული დადასტურება არის ბრაუნის მოძრაობა და დიფუზია.

მატერიის ნაწილაკები.

ბუნებაში ყველა ნივთიერება და სხეული შედგება ატომებისა და მოლეკულებისგან - ატომების ჯგუფებისგან. ასეთ დიდ სხეულებს მაკროსკოპულს უწოდებენ. ატომები და მოლეკულები მიკროსკოპული სხეულებია. თანამედროვე ინსტრუმენტები (იონური პროექტორები, გვირაბის მიკროსკოპები) შესაძლებელს ხდის ცალკეული ატომებისა და მოლეკულების გამოსახულების დანახვას.
მატერიის სტრუქტურის საფუძველია ატომები. ატომებს ასევე აქვთ რთული სტრუქტურა, ისინი შედგება ელემენტარული ნაწილაკებისგან - პროტონებისგან, ნეიტრონებისგან, რომლებიც ატომის ბირთვის ნაწილია, ელექტრონები და სხვა ელემენტარული ნაწილაკები.
ატომები შეიძლება გაერთიანდეს მოლეკულებად და შეიძლება იყოს ნივთიერებები, რომლებიც შედგება მხოლოდ ატომებისგან. ატომები მთლიანობაში ელექტრული ნეიტრალურია. ატომებს, რომლებსაც აქვთ ძალიან ბევრი ან ძალიან ცოტა ელექტრონი, იონები ეწოდება. არსებობს დადებითი და უარყოფითი იონები.

ილუსტრაცია აჩვენებს სხვადასხვა ნივთიერებების მაგალითებს, რომლებსაც აქვთ სტრუქტურა, შესაბამისად, ატომების, მოლეკულების და იონების სახით.

მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედების ძალები.

მოლეკულებს შორის ძალიან მცირე დისტანციებზე მოქმედებს საგრებელი ძალები. ამის გამო, მოლეკულები არ შეაღწევენ ერთმანეთში და ნივთიერების ნაჭრები არასოდეს იკლებს ერთი მოლეკულის ზომამდე. მოლეკულა არის რთული სისტემა, რომელიც შედგება ინდივიდუალური დამუხტული ნაწილაკებისგან: ელექტრონები და ატომური ბირთვები. მიუხედავად იმისა, რომ, ზოგადად, მოლეკულები ელექტრულად ნეიტრალურია, მნიშვნელოვანი ელექტრული ძალები მოქმედებს მათ შორის მცირე დისტანციებზე: ხდება ელექტრონებისა და მეზობელი მოლეკულების ატომური ბირთვების ურთიერთქმედება. თუ მოლეკულები განლაგებულია დისტანციებზე, რომლებიც აღემატება მათ ზომებს რამდენჯერმე, მაშინ ურთიერთქმედების ძალებს პრაქტიკულად არანაირი ეფექტი არ აქვთ. ელექტრულად ნეიტრალურ მოლეკულებს შორის ძალები მოკლე დიაპაზონია. 2-3 მოლეკულურ დიამეტრზე მეტი დისტანციებზე მოქმედებს მიმზიდველი ძალები. მოლეკულებს შორის მანძილის კლებასთან ერთად, მიზიდულობის ძალა ჯერ იზრდება, შემდეგ კი იწყებს კლებას და იკლებს ნულამდე, როდესაც ორ მოლეკულას შორის მანძილი ტოლი ხდება მოლეკულების რადიუსების ჯამის. მანძილის შემდგომი შემცირებით, ატომების ელექტრონული გარსები იწყებენ გადახურვას და მოლეკულებს შორის წარმოიქმნება სწრაფად მზარდი მოგერიების ძალები.

იდეალური გაზი. MKT-ის ძირითადი განტოლება.

ცნობილია, რომ აირებში ნაწილაკები, სითხეებისა და მყარი ნივთიერებებისგან განსხვავებით, განლაგებულია ერთმანეთთან შედარებით დისტანციებზე, რომლებიც მნიშვნელოვნად აღემატება საკუთარ ზომებს. ამ შემთხვევაში მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედება უმნიშვნელოა და მოლეკულების კინეტიკური ენერგია ბევრად აღემატება მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედების ენერგიას. ყველა გაზისთვის დამახასიათებელი ყველაზე გავრცელებული თვისებების გასარკვევად, გამოიყენება რეალური აირების გამარტივებული მოდელი - იდეალური გაზი. იდეალურ გაზსა და რეალურ გაზს შორის ძირითადი განსხვავებებია:

1. იდეალური გაზის ნაწილაკები არის ძალიან მცირე ზომის სფერული სხეულები, პრაქტიკულად მატერიალური წერტილები.
2. არ არსებობს ნაწილაკებს შორის მოლეკულური ურთიერთქმედების ძალები.
3. ნაწილაკების შეჯახება აბსოლუტურად ელასტიურია.

ნამდვილი იშვიათი აირები ნამდვილად იქცევიან იდეალური გაზივით. მოდით გამოვიყენოთ იდეალური გაზის მოდელი გაზის წნევის წარმოშობის ასახსნელად. თერმული მოძრაობის გამო გაზის ნაწილაკები დროდადრო ხვდება ჭურჭლის კედლებს. ყოველი ზემოქმედების დროს მოლეკულები მოქმედებენ გემის კედელზე გარკვეული ძალით. ერთმანეთს ემატება, ცალკეული ნაწილაკების ზემოქმედების ძალები ქმნიან გარკვეულ წნევის ძალას, რომელიც მუდმივად მოქმედებს კედელზე. ნათელია, რომ რაც უფრო მეტ ნაწილაკს შეიცავს ჭურჭელი, მით უფრო ხშირად მოხვდება ისინი ჭურჭლის კედელში და მით უფრო დიდი იქნება წნევის ძალა და, შესაბამისად, წნევა. რაც უფრო სწრაფად მოძრაობს ნაწილაკები, მით უფრო ძლიერად ეცემა ჭურჭლის კედელს. მოდი გონებრივად წარმოვიდგინოთ უმარტივესი ექსპერიმენტი: მოძრავი ბურთი კედელს ურტყამს. თუ ბურთი ნელა ტრიალებს, მაშინ ის კედელს უფრო ნაკლები ძალით დაეცემა, ვიდრე სწრაფად მოძრაობდა. რაც უფრო დიდია ნაწილაკების მასა, მით მეტია დარტყმის ძალა. რაც უფრო სწრაფად მოძრაობს ნაწილაკები, მით უფრო ხშირად ხვდება ჭურჭლის კედლებს. ასე რომ, ძალა, რომლითაც მოლეკულები მოქმედებენ ჭურჭლის კედელზე, პირდაპირპროპორციულია მოლეკულების რაოდენობის ერთეულ მოცულობაში (ამ რიცხვს ეწოდება მოლეკულების კონცენტრაცია და აღინიშნება n-ით), მოლეკულის მასა m o. მათი სიჩქარის საშუალო კვადრატი და გემის კედლის ფართობი. შედეგად მივიღებთ: აირის წნევა პირდაპირპროპორციულია ნაწილაკების კონცენტრაციის, ნაწილაკების მასისა და ნაწილაკების სიჩქარის კვადრატის (ან მათი კინეტიკური ენერგიის). იდეალური აირის წნევის დამოკიდებულება ნაწილაკების კონცენტრაციაზე და საშუალო კინეტიკურ ენერგიაზე გამოიხატება იდეალური აირის მოლეკულურ-კინეტიკური თეორიის ძირითადი განტოლებით. ჩვენ მივიღეთ ძირითადი MKT განტოლება იდეალური აირისთვის ზოგადი მოსაზრებებიდან, მაგრამ ის შეიძლება მკაცრად იყოს მიღებული კლასიკური მექანიკის კანონების საფუძველზე. აქ არის MKT-ის მთავარი განტოლების ჩაწერის ერთ-ერთი ფორმა:
P=(1/3) n m o V 2 .

მოლეკულური კინეტიკური თეორია(შემოკლებით MKT) - თეორია, რომელიც წარმოიშვა მე-19 საუკუნეში და განიხილავს მატერიის სტრუქტურას, ძირითადად გაზებს, სამი ძირითადი, დაახლოებით, სწორი დებულების თვალსაზრისით:

ყველა სხეული შედგება ნაწილაკებისგან. ატომები, მოლეკულებიდა იონები;

ნაწილაკები უწყვეტია ქაოტურიმოძრაობა (თერმული);

ნაწილაკები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან აბსოლუტურად ელასტიური შეჯახებები.

MKT გახდა ერთ-ერთი ყველაზე წარმატებული ფიზიკური თეორია და დადასტურდა მრავალი ექსპერიმენტული ფაქტით. ICT-ის დებულებების ძირითადი მტკიცებულება იყო:

დიფუზია

ბრაუნის მოძრაობა

შეცვლა აგრეგატი სახელმწიფოებინივთიერებები

MCT-ზე დაყრდნობით, შემუშავდა თანამედროვე ფიზიკის მთელი რიგი განშტოებები, კერძოდ, ფიზიკური კინეტიკადა სტატისტიკური მექანიკა. ფიზიკის ამ დარგებში შესწავლილია არა მხოლოდ მოლეკულური (ატომური ან იონური) სისტემები, რომლებიც არა მხოლოდ „თერმულ“ მოძრაობაში არიან და ურთიერთქმედებენ არა მხოლოდ აბსოლუტურად ელასტიური შეჯახებით. ტერმინი მოლეკულურ-კინეტიკური თეორია პრაქტიკულად აღარ გამოიყენება თანამედროვე თეორიულ ფიზიკაში, თუმცა გვხვდება ზოგადი ფიზიკის კურსის სახელმძღვანელოებში.

იდეალური გაზი - მათემატიკური მოდელი გაზი, რომელიც ვარაუდობს, რომ: 1) პოტენციური ენერგიაურთიერთქმედებები მოლეკულებიშეიძლება უგულებელყოფილი იყოს შედარებით კინეტიკური ენერგია; 2) გაზის მოლეკულების მთლიანი მოცულობა უმნიშვნელოა. მოლეკულებს შორის არ არსებობს მიზიდულობის ან მოგერიების ძალები, ნაწილაკების შეჯახება მათ შორის და ჭურჭლის კედლებთან. აბსოლუტურად ელასტიურიდა მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედების დრო უმნიშვნელოა შეჯახებებს შორის საშუალო დროსთან შედარებით. იდეალური გაზის გაფართოებულ მოდელში, რომლის ნაწილაკებსაც იგი შედგება, ასევე აქვთ ელასტიური ფორმა. სფეროებიან ელიფსოიდები, რაც შესაძლებელს ხდის გავითვალისწინოთ არა მხოლოდ მთარგმნელობითი, არამედ ბრუნვით-რხევითი მოძრაობის ენერგია, ასევე ნაწილაკების არა მხოლოდ ცენტრალური, არამედ არაცენტრალური შეჯახება და ა.შ.

არსებობს კლასიკური იდეალური გაზი (მისი თვისებები გამომდინარეობს კლასიკური მექანიკის კანონებიდან და აღწერილია ბოლცმანის სტატისტიკა)და კვანტური იდეალური გაზი (თვისებები განისაზღვრება კვანტური მექანიკის კანონებით, რომლებიც აღწერილია სტატისტიკოსების მიერ ფერმი - დირაკიან ბოზი - აინშტაინი)

კლასიკური იდეალური გაზი

იდეალური გაზის მოცულობა ხაზობრივად დამოკიდებულია ტემპერატურაზე მუდმივი წნევის დროს

მოლეკულური კინეტიკური ცნებების საფუძველზე იდეალური აირის თვისებები განისაზღვრება იდეალური აირის ფიზიკური მოდელის საფუძველზე, რომელშიც შემდეგი დაშვებები კეთდება:

ამ შემთხვევაში, გაზის ნაწილაკები ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად მოძრაობენ, გაზის წნევა კედელზე ტოლია ნაწილაკების კედელთან შეჯახების დროს გადაცემული მთლიანი იმპულსის ერთეულ დროში. შინაგანი ენერგია- გაზის ნაწილაკების ენერგიების ჯამი.

ექვივალენტური ფორმულირების მიხედვით, იდეალური გაზი არის ის, რომელიც ერთდროულად ემორჩილება ბოილის კანონი - მარიოტადა გეი ლუსაკი , ანუ:

სადაც არის წნევა და არის აბსოლუტური ტემპერატურა. აღწერილია იდეალური გაზის თვისებები მენდელეევ-კლაპეირონის განტოლება

,

სად - , - წონა, - მოლური მასა.

სად - ნაწილაკების კონცენტრაცია, -ბოლცმანის მუდმივი.

ნებისმიერი იდეალური გაზისთვის, მაიერის თანაფარდობა:

სად - უნივერსალური გაზის მუდმივი, - მოლარული სითბოს ტევადობამუდმივი წნევის დროს, - მოლური სითბოს სიმძლავრე მუდმივ მოცულობაზე.

მოლეკულების სიჩქარის განაწილების სტატისტიკური გამოთვლა შეასრულა მაქსველმა.

განვიხილოთ მაქსველის მიერ მიღებული შედეგი გრაფიკის სახით.

გაზის მოლეკულები მუდმივად ეჯახებიან მოძრაობას. თითოეული მოლეკულის სიჩქარე იცვლება შეჯახებისას. მას შეუძლია აწევა და დაცემა. თუმცა, RMS სიჩქარე უცვლელი რჩება. ეს აიხსნება იმით, რომ აირში გარკვეულ ტემპერატურაზე, მოლეკულების გარკვეული სტაციონარული სიჩქარის განაწილება დროთა განმავლობაში არ იცვლება, რაც გარკვეულ სტატისტიკურ კანონს ემორჩილება. ინდივიდუალური მოლეკულის სიჩქარე შეიძლება შეიცვალოს დროთა განმავლობაში, მაგრამ მოლეკულების პროპორცია სიჩქარის გარკვეულ დიაპაზონში უცვლელი რჩება.

შეუძლებელია დაისვას კითხვა: რამდენ მოლეკულას აქვს გარკვეული სიჩქარე. ფაქტია, რომ მიუხედავად იმისა, რომ მოლეკულების რაოდენობა ძალიან დიდია ნებისმიერ თუნდაც მცირე მოცულობაში, სიჩქარის მნიშვნელობების რაოდენობა თვითნებურად დიდია (როგორც რიცხვები თანმიმდევრულ სერიაში) და შეიძლება მოხდეს, რომ არც ერთ მოლეკულას არ ჰქონდეს მოცემული. სიჩქარე.

ბრინჯი. 3.3

მოლეკულების სიჩქარეებზე განაწილების პრობლემა უნდა ჩამოყალიბდეს შემდეგნაირად. შეიტანეთ ერთეული მოცულობა ნმოლეკულები. მოლეკულების რა პროპორციიდან აქვს სიჩქარე ვ 1-მდე ვ 1 + ∆ ვ? ეს არის სტატისტიკური დავალება.

შტერნის გამოცდილებიდან გამომდინარე, მოსალოდნელია, რომ მოლეკულების უდიდეს რაოდენობას ექნება გარკვეული საშუალო სიჩქარე, ხოლო სწრაფი და ნელი მოლეკულების პროპორცია არც თუ ისე დიდია. საჭირო გაზომვებმა აჩვენა, რომ მოლეკულების ფრაქცია, მიუთითებს სიჩქარის ინტერვალზე Δ ვ, ე.ი. , აქვს ნახ. 3.3. მაქსველმა 1859 წელს თეორიულად განსაზღვრა ეს ფუნქცია ალბათობის თეორიის საფუძველზე. მას შემდეგ მას ეწოდა მოლეკულების სიჩქარის განაწილების ფუნქცია ან მაქსველის კანონი.

მოდით გამოვიტანოთ იდეალური აირის მოლეკულების სიჩქარის განაწილების ფუნქცია

- სიჩქარის ინტერვალი სიჩქარის მახლობლად .

არის მოლეკულების რაოდენობა, რომელთა სიჩქარე დევს ინტერვალში
.

არის მოლეკულების რაოდენობა განხილულ მოცულობაში.

- მოლეკულების კუთხე, რომლის სიჩქარეც ინტერვალს ეკუთვნის
.

არის მოლეკულების ფრაქცია ერთეული სიჩქარის ინტერვალში სიჩქარის მახლობლად .

- მაქსველის ფორმულა.

მაქსველის სტატისტიკური მეთოდების გამოყენებით ვიღებთ შემდეგ ფორმულას:

.

არის ერთი მოლეკულის მასა,
არის ბოლცმანის მუდმივი.

ყველაზე სავარაუდო სიჩქარე განისაზღვრება მდგომარეობიდან
.

გადაჭრას ვიღებთ
;
.

აღნიშნეთ ბ/გ
.

მერე
.

მოდით გამოვთვალოთ მოლეკულების წილი სიჩქარის მოცემულ დიაპაზონში მოცემული მიმართულებით მოცემულ სიჩქარესთან ახლოს.

.

.

არის მოლეკულების პროპორცია, რომლებსაც აქვთ სიჩქარე ინტერვალში
,
,
.

მაქსველის იდეების შემუშავებით, ბოლცმანმა გამოთვალა მოლეკულების სიჩქარის განაწილება ძალის ველში. მაქსველის განაწილებისგან განსხვავებით, ბოლცმანის განაწილება მოლეკულების კინეტიკური ენერგიის ნაცვლად იყენებს კინეტიკური და პოტენციური ენერგიების ჯამს.

მაქსველის განაწილებაში:
.

ბოლცმანის განაწილებაში:
.

გრავიტაციულ ველში

.

იდეალური აირის მოლეკულების კონცენტრაციის ფორმულა არის:

და შესაბამისად.

არის ბოლცმანის განაწილება.

არის მოლეკულების კონცენტრაცია დედამიწის ზედაპირზე.

- მოლეკულების კონცენტრაცია სიმაღლეზე .

სითბოს ტევადობა.

სხეულის სითბოს სიმძლავრე არის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც უდრის თანაფარდობას

,
.

ერთი მოლის თბოტევადობა - მოლური თბოტევადობა

.

იმიტომ რომ
- პროცესის ფუნქცია
, მაშინ
.

იმის გათვალისწინებით

;

;



.

- მაიერის ფორმულა.

რომ. სითბური სიმძლავრის გამოთვლის პრობლემა მცირდება აღმოჩენამდე .

.

ერთი მოლზე:

, აქედან გამომდინარე
.

დიატომიური გაზი (O 2, N 2, Cl 2, CO და ა.შ.).

(მყარი ჰანტელის მოდელი).

თავისუფლების ხარისხების საერთო რაოდენობა:

.

მერე
, მაშინ

;
.

ეს ნიშნავს, რომ სითბოს სიმძლავრე უნდა იყოს მუდმივი. თუმცა, გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ სითბოს სიმძლავრე დამოკიდებულია ტემპერატურაზე.

ტემპერატურის დაწევისას ჯერ „იყინება“ თავისუფლების ვიბრაციული, შემდეგ კი თავისუფლების ბრუნვის ხარისხი.

კვანტური მექანიკის კანონების მიხედვით, კლასიკური სიხშირის მქონე ჰარმონიული ოსცილატორის ენერგიას შეუძლია მიიღოს მხოლოდ მნიშვნელობების დისკრეტული ნაკრები.

პოლიატომური აირები (H 2 O, CH 4, C 4 H 10 O და სხვ.).

;
;
;

მოდით შევადაროთ თეორიული მონაცემები ექსპერიმენტულ მონაცემებს.

გასაგებია რომ 2 ატომური აირი უდრის , მაგრამ იცვლება დაბალ ტემპერატურაზე სითბოს სიმძლავრის თეორიის საწინააღმდეგოდ.

მრუდის ასეთი კურსი დან მოწმობს თავისუფლების ხარისხების „გაყინვას“. პირიქით, მაღალ ტემპერატურაზე, თავისუფლების დამატებითი ხარისხი არის დაკავშირებული ეს მონაცემები ეჭვს აყენებს ერთიანი განაწილების თეორემას. თანამედროვე ფიზიკა შესაძლებელს ხდის დამოკიდებულების ახსნას დან კვანტური ცნებების გამოყენებით.

კვანტურმა სტატისტიკამ აღმოფხვრა სირთულეები აირების (კერძოდ, დიატომიური აირების) სითბოს სიმძლავრის ტემპერატურაზე დამოკიდებულების ასახსნელად. კვანტური მექანიკის დებულებების თანახმად, მოლეკულების ბრუნვის მოძრაობის ენერგია და ატომების ვიბრაციის ენერგია შეიძლება მხოლოდ დისკრეტული მნიშვნელობების მიღებას. თუ თერმული მოძრაობის ენერგია გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე სხვაობა მეზობელი ენერგიის დონეების ენერგიებს შორის (), მაშინ მოლეკულების შეჯახების დროს, თავისუფლების ბრუნვისა და ვიბრაციის ხარისხი პრაქტიკულად არ აღელვებს. ამიტომ, დაბალ ტემპერატურაზე, დიათომიური აირის ქცევა მსგავსია ერთატომური აირის. ვინაიდან სხვაობა მეზობელ ბრუნვის ენერგიის დონეებს შორის გაცილებით მცირეა, ვიდრე მეზობელ ვიბრაციულ დონეებს შორის ( ), შემდეგ თავისუფლების ბრუნვის ხარისხები ჯერ აღგზნებულია ტემპერატურის მატებასთან ერთად. შედეგად, სითბოს სიმძლავრე იზრდება. ტემპერატურის შემდგომი მატებით, თავისუფლების ვიბრაციული ხარისხიც აღფრთოვანებულია და ხდება სითბოს სიმძლავრის შემდგომი ზრდა. ა. აინშტაინს, დაახლოებით სჯეროდა, რომ კრისტალური მედის ატომების ვიბრაციები დამოუკიდებელია. კრისტალის მოდელის, როგორც ჰარმონიული ოსცილატორების კომპლექტის გამოყენებით, რომლებიც დამოუკიდებლად რხევავენ იმავე სიხშირით, მან შექმნა კრისტალური გისოსის სითბური სიმძლავრის თვისებრივი კვანტური თეორია. ეს თეორია შემდგომში შეიმუშავა დებიმ, რომელმაც გაითვალისწინა, რომ ატომების ვიბრაცია კრისტალურ გისოსში არ არის დამოუკიდებელი. ოსცილატორების უწყვეტი სიხშირის სპექტრის გათვალისწინებით, დებიმ აჩვენა, რომ ძირითადი წვლილი კვანტური ოსცილატორის საშუალო ენერგიაში შესრულებულია რხევებით დაბალ სიხშირეებზე, რომლებიც შეესაბამება ელასტიურ ტალღებს. მყარი ნივთიერების თერმული აგზნება შეიძლება შეფასდეს, როგორც ელასტიური ტალღები, რომლებიც მრავლდებიან კრისტალში. მატერიის თვისებების კორპუსკულურ-ტალღური დუალიზმის მიხედვით, კრისტალში დრეკადი ტალღები შედარებულია კვაზინაწილაკები-ფონონებირომელსაც აქვს ენერგია. ფონონი არის ელასტიური ტალღის ენერგეტიკული კვანტი, რომელიც წარმოადგენს ელემენტარულ აგზნებას, რომელიც იქცევა როგორც მიკრონაწილაკი.როგორც ელექტრომაგნიტური გამოსხივების კვანტიზაციამ გამოიწვია ფოტონების იდეა, ასევე ელასტიური ტალღების კვანტიზაციამ (მყარი ნივთიერებების მოლეკულების თერმული ვიბრაციების შედეგად) გამოიწვია ფონონების იდეა. კრისტალური მედის ენერგია არის ფონონის გაზის ენერგიის ჯამი. კვაზინაწილაკები (კერძოდ, ფონონები) ძალიან განსხვავდებიან ჩვეულებრივი მიკრონაწილაკებისგან (ელექტრონები, პროტონები, ნეიტრონები და ა.შ.), ვინაიდან ისინი დაკავშირებულია სისტემის მრავალი ნაწილაკების კოლექტიურ მოძრაობასთან.

ფონონები ვერ წარმოიქმნება ვაკუუმში, ისინი არსებობენ მხოლოდ კრისტალში.

ფონონის იმპულსს აქვს თავისებური თვისება: როდესაც ფონონები კრისტალში ეჯახებიან, მათი იმპულსი შეიძლება გადავიდეს ბროლის გისოსზე დისკრეტული ნაწილებით - იმპულსი ამ შემთხვევაში არ არის შენარჩუნებული. ამიტომ, ფონონების შემთხვევაში, საუბარია კვაზი იმპულსზე.

ფონონებს აქვთ ნულოვანი სპინი და არიან ბოზონები, ამიტომ ფონონური გაზი ემორჩილება ბოზე-აინშტაინის სტატისტიკას.

ფონონების გამოსხივება და შთანთქმა შესაძლებელია, მაგრამ მათი რაოდენობა მუდმივი არ არის.

ბოზე-აინშტაინის სტატისტიკის გამოყენებამ ფონონ გაზზე (ბოზის დამოუკიდებელი ნაწილაკების გაზი) მიიყვანა დებიი შემდეგ რაოდენობრივ დასკვნამდე. მაღალ ტემპერატურაზე, რომელიც ბევრად აღემატება დამახასიათებელ Debye ტემპერატურას (კლასიკური რეგიონი), მყარი ნივთიერებების სითბური ტევადობა აღწერილია დულონგისა და პეტიტის კანონით, რომლის მიხედვითაც ქიმიურად მარტივი სხეულების მოლური სითბოსუნარიანობა კრისტალურ მდგომარეობაში იგივეა. და არ არის დამოკიდებული ტემპერატურაზე. დაბალ ტემპერატურაზე, როდესაც (კვანტური რეგიონი), თბოტევადობა პროპორციულია თერმოდინამიკური ტემპერატურის მესამე სიმძლავრისა: დამახასიათებელი დების ტემპერატურაა: , სადაც არის ბროლის გისოსის ელასტიური ვიბრაციების შემზღუდველი სიხშირე.

ამ თემის ცენტრალური კონცეფცია არის მოლეკულის ცნება; სკოლის მოსწავლეების მიერ მისი ასიმილაციის სირთულე განპირობებულია იმით, რომ მოლეკულა არის ობიექტი, რომელიც პირდაპირ არ არის დაკვირვებადი. ამიტომ მასწავლებელმა მეათეკლასელები უნდა დაარწმუნოს მიკროსამყაროს რეალობაში, მისი ცოდნის შესაძლებლობაში. ამ მხრივ დიდი ყურადღება ეთმობა ექსპერიმენტების განხილვას, რომლებიც ადასტურებენ მოლეკულების არსებობას და მოძრაობას და შესაძლებელს ხდის მათი ძირითადი მახასიათებლების გამოთვლას (პერინის, რეილისა და შტერნის კლასიკური ექსპერიმენტები). გარდა ამისა, მიზანშეწონილია გაეცნოთ სტუდენტებს მოლეკულების მახასიათებლების განსაზღვრის გამოთვლის მეთოდებს. მოლეკულების არსებობისა და მოძრაობის მტკიცებულებების განხილვისას, სტუდენტებს ეუბნებიან ბრაუნის დაკვირვების შესახებ მცირე შეჩერებული ნაწილაკების შემთხვევით მოძრაობაზე, რომელიც არ ჩერდებოდა დაკვირვების მთელი დროის განმავლობაში. იმ დროს ამ მოძრაობის მიზეზის სწორი ახსნა არ იყო მოცემული და მხოლოდ 80 წლის შემდეგ ააშენეს ა.აინშტაინმა და მ.სმოლუჩოვსკიმ, ჯ.პერინმა კი ექსპერიმენტულად დაადასტურა ბრაუნის მოძრაობის თეორია. ბრაუნის ექსპერიმენტების გათვალისწინებით, აუცილებელია შემდეგი დასკვნების გამოტანა: ა) ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობა გამოწვეულია იმ ნივთიერების მოლეკულების ზემოქმედებით, რომელშიც ეს ნაწილაკები შეჩერებულია; ბ) ბრაუნის მოძრაობა უწყვეტი და შემთხვევითია, ეს დამოკიდებულია იმ ნივთიერების თვისებებზე, რომელშიც ნაწილაკები შეჩერებულია; გ) ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობა შესაძლებელს ხდის ვიმსჯელოთ იმ გარემოს მოლეკულების მოძრაობაზე, რომელშიც მდებარეობს ეს ნაწილაკები; დ) ბრაუნის მოძრაობა ადასტურებს მოლეკულების არსებობას, მათ მოძრაობას და ამ მოძრაობის უწყვეტ და ქაოტურ ხასიათს. მოლეკულების მოძრაობის ამ ბუნების დადასტურება იქნა მიღებული ფრანგი ფიზიკოსის დუნოიერის ექსპერიმენტში (1911), რომელმაც აჩვენა, რომ გაზის მოლეკულები მოძრაობენ სხვადასხვა მიმართულებით და შეჯახების არარსებობის შემთხვევაში მათი მოძრაობა სწორხაზოვანია. ამჟამად არავის ეპარება ეჭვი მოლეკულების არსებობის ფაქტში. ტექნოლოგიის მიღწევებმა შესაძლებელი გახადა დიდი მოლეკულების უშუალო დაკვირვება. ბრაუნის მოძრაობის შესახებ სიუჟეტი მიზანშეწონილია თან ახლდეს ბრაუნის მოძრაობის მოდელის დემონსტრირება ვერტიკალურ პროექციაში საპროექციო ნათურის ან კოდოსკოპის გამოყენებით, აგრეთვე ფილმის ფრაგმენტის ჩვენება "ბრაუნის მოძრაობა" ფილმიდან "მოლეკულები და მოლეკულური მოძრაობა". . გარდა ამისა, სასარგებლოა სითხეებში ბრაუნის მოძრაობის დაკვირვება მიკროსკოპის გამოყენებით. პრეპარატი მზადდება ორი ხსნარის თანაბარი ნაწილების ნარევიდან: 1% გოგირდმჟავას ხსნარი და 2% ჰიპოსულფიტის წყალხსნარი. რეაქციის შედეგად წარმოიქმნება გოგირდის ნაწილაკები, რომლებიც შეჩერებულია ხსნარში. ამ ნარევის ორი წვეთი მოთავსებულია შუშის სლაიდზე და შეინიშნება გოგირდის ნაწილაკების ქცევა. პრეპარატი შეიძლება დამზადდეს წყალში რძის მაღალგანზავებული ხსნარისგან ან წყალში აკვარელის საღებავის ხსნარისგან. მოლეკულების ზომის საკითხის განხილვისას განიხილება რ.რეილის ექსპერიმენტის არსი, რომელიც ასეთია: დიდ ჭურჭელში ჩასხმული წყლის ზედაპირზე წვეთს ათავსებენ ზეითუნის ზეთის წვეთს. წვეთი ვრცელდება წყლის ზედაპირზე და ქმნის მრგვალ ფილმს. რეილიმ ვარაუდობს, რომ როდესაც წვეთი წყვეტს გავრცელებას, მისი სისქე ერთი მოლეკულის დიამეტრის ტოლი ხდება. ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ სხვადასხვა ნივთიერების მოლეკულებს განსხვავებული ზომები აქვთ, მაგრამ მოლეკულების ზომის შესაფასებლად ისინი იღებენ მნიშვნელობას 10 -10 მ. ანალოგიური ექსპერიმენტი შეიძლება გაკეთდეს კლასში. მოლეკულების ზომის განსაზღვრის გაანგარიშების მეთოდის საჩვენებლად მოცემულია სხვადასხვა ნივთიერების მოლეკულების დიამეტრის გაანგარიშების მაგალითი მათი სიმკვრივისა და ავოგადროს მუდმივიდან. სკოლის მოსწავლეებს უჭირთ მოლეკულების მცირე ზომის წარმოდგენა, ამიტომ სასარგებლოა შედარებითი ხასიათის არაერთი მაგალითის მოყვანა. მაგალითად, თუ ყველა განზომილება იმდენჯერ გაიზარდა, რომ მოლეკულა ხილული იყოს (ანუ 0,1 მმ-მდე), მაშინ ქვიშის მარცვალი გადაიქცევა ასი მეტრიან კლდეში, ჭიანჭველა გაიზრდება ოკეანის გემის ზომამდე. , ადამიანს ექნებოდა სიმაღლე 1700 კმ. 1 მოლი ნივთიერების ოდენობის მოლეკულების რაოდენობა შეიძლება განისაზღვროს მონომოლეკულური შრის ექსპერიმენტის შედეგებით. მოლეკულის დიამეტრის ცოდნა, შეგიძლიათ იპოვოთ მისი მოცულობა და ნივთიერების ოდენობის მოცულობა 1 მოლი, რაც უდრის იქ, სადაც p არის სითხის სიმკვრივე. აქედან განისაზღვრება ავოგადროს მუდმივი. გაანგარიშების მეთოდი მოიცავს მოლეკულების რაოდენობის განსაზღვრას ნივთიერების 1 მოლი ოდენობით მოლური მასის და ნივთიერების ერთი მოლეკულის მასის ცნობილი მნიშვნელობებიდან. ავოგადროს მუდმივის მნიშვნელობა, თანამედროვე მონაცემებით, არის 6.022169 * 10 23 მოლი -1. სტუდენტებს შეუძლიათ გაეცნონ ავოგადროს მუდმივის განსაზღვრის გაანგარიშების მეთოდს, ვარაუდით, რომ იგი გამოითვალოს სხვადასხვა ნივთიერების მოლური მასების მნიშვნელობებით. სკოლის მოსწავლეებს უნდა გააცნონ ლოშმიდტის რიცხვი, რომელიც აჩვენებს რამდენ მოლეკულას შეიცავს გაზის ერთეული მოცულობის ნორმალურ პირობებში (ეს უდრის 2,68799 * 10 -25 მ -3). მეათეკლასელებს შეუძლიათ დამოუკიდებლად დაადგინონ ლოშმიდტის რიცხვი რამდენიმე გაზისთვის და აჩვენონ, რომ ის ყველა შემთხვევაში ერთნაირია. მაგალითების მოყვანით, შეგიძლიათ ბიჭებს წარმოდგენა მისცეთ იმის შესახებ, თუ რამდენად დიდია მოლეკულების რაოდენობა ერთეულ მოცულობაში. თუ რეზინის ბუშტს ისეთი თხელი გახვრეტა, რომ ყოველ წამში 1 000 000 მოლეკულა გაუშვა, მაშინ დაახლოებით 30 მილიარდი მოლეკულა იქნებოდა საჭირო. წლები, რომ ყველა მოლეკულა გამოვიდეს. მოლეკულების მასის განსაზღვრის ერთ-ერთი მეთოდი ემყარება პერინის გამოცდილებას, რომელიც გამომდინარეობს იქიდან, რომ წყალში ფისოვანი წვეთები ისევე იქცევიან, როგორც მოლეკულები ატმოსფეროში. პერინმა დათვალა წვეთების რაოდენობა ემულსიის სხვადასხვა ფენებში, ხაზს უსვამდა 0,0001 სმ სისქის ფენებს მიკროსკოპის გამოყენებით.სიმაღლე, რომელზედაც ორჯერ ნაკლებია ასეთი წვეთები, ვიდრე ბოლოში იყო h = 3 * 10 -5. მ. ფისის ერთი წვეთი მასა უდრის M \u003d 8,5 * 10 -18 კგ. თუ ჩვენი ატმოსფერო შედგებოდა მხოლოდ ჟანგბადის მოლეკულებისგან, მაშინ H = 5 კმ სიმაღლეზე, ჟანგბადის სიმკვრივე დედამიწის ზედაპირზე ნახევარი იქნებოდა. დაფიქსირებულია პროპორცია m/M=h/H, საიდანაც გამოდის ჟანგბადის მოლეკულის მასა m=5,1*10 -26 კგ. მოსწავლეებს სთავაზობენ დამოუკიდებლად გამოთვალონ წყალბადის მოლეკულის მასა, რომლის სიმკვრივე დედამიწის ზედაპირის ნახევარია, H = 80 კმ სიმაღლეზე. ამჟამად, მოლეკულების მასების მნიშვნელობები დახვეწილია. მაგალითად, ჟანგბადი დაყენებულია 5.31*10 -26 კგ-ზე, წყალბადი კი 0.33*10 -26 კგ. მოლეკულების მოძრაობის სიჩქარის საკითხის განხილვისას მოსწავლეები ეცნობიან შტერნის კლასიკურ ექსპერიმენტს. ექსპერიმენტის ახსნისას მიზანშეწონილია მისი მოდელის შექმნა „მბრუნავი დისკის აქსესუარებით“ მოწყობილობის გამოყენებით. რამდენიმე ასანთი ფიქსირდება დისკის კიდეზე ვერტიკალურ მდგომარეობაში, დისკის ცენტრში - ღარიანი მილი. როდესაც დისკი სტაციონარულია, მილში ჩაშვებული ბურთი, ჭურვიდან ძირს ჩამოაგდებს, ერთ-ერთ მატჩს არღვევს. შემდეგ დისკი შემოდის ბრუნვაში გარკვეული სიჩქარით, რომელიც ფიქსირდება ტაქომეტრით. ახლად გაშვებული ბურთი გადაუხვევს მოძრაობის თავდაპირველ მიმართულებას (დისკთან შედარებით) და ჩამოაგდებს მატჩს, რომელიც მდებარეობს პირველიდან გარკვეულ მანძილზე. ამ მანძილის, დისკის რადიუსის და ბურთის სიჩქარის ცოდნა დისკის რგოლზე, შესაძლებელია რადიუსის გასწვრივ ბურთის სიჩქარის დადგენა. ამის შემდეგ მიზანშეწონილია გავითვალისწინოთ შტერნის ექსპერიმენტის არსი და მისი ინსტალაციის დიზაინი, ილუსტრაციად კინოფრაგმენტის „შტერნის ექსპერიმენტის“ გამოყენებით. შტერნის ექსპერიმენტის შედეგების განხილვისას ყურადღებას იქცევს ის ფაქტი, რომ არსებობს მოლეკულების გარკვეული განაწილება სიჩქარეებზე, რასაც მოწმობს გარკვეული სიგანის დეპონირებული ატომების ზოლის არსებობა და ამ ზოლის სისქე განსხვავებულია. გარდა ამისა, მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ მაღალი სიჩქარით მოძრავი მოლეკულები წყდება უფსკრულის მოპირდაპირე ადგილთან. მოლეკულების უდიდეს რაოდენობას აქვს ყველაზე სავარაუდო სიჩქარე. აუცილებელია მოსწავლეებს ვაცნობოთ, რომ თეორიულად, მოლეკულების სიჩქარის მიხედვით განაწილების კანონი აღმოაჩინა ჯ.კ.მაქსველმა. მოლეკულების სიჩქარის განაწილება შეიძლება მოდელირებული იყოს გალტონის დაფაზე. მოლეკულების ურთიერთქმედების საკითხი უკვე შეისწავლეს მე-7 კლასში სკოლის მოსწავლეებმა, მე-10 კლასში ამ საკითხზე ცოდნა ღრმავდება და ფართოვდება. აუცილებელია ხაზი გავუსვა შემდეგ პუნქტებს: ა) მოლეკულურ ურთიერთქმედებას აქვს ელექტრომაგნიტური ბუნება; ბ) მოლეკულათაშორისი ურთიერთქმედება ხასიათდება მიზიდულობისა და მოგერიების ძალებით; გ) მოლეკულათაშორისი ურთიერთქმედების ძალები მოქმედებენ არაუმეტეს 2-3 მოლეკულური დიამეტრის დისტანციებზე და ამ მანძილზე შესამჩნევია მხოლოდ მიზიდულობის ძალა, მოგერიების ძალები პრაქტიკულად ნულის ტოლია; დ) მოლეკულებს შორის მანძილის კლებასთან ერთად, ურთიერთქმედების ძალები იზრდება, და მოგერიების ძალა იზრდება უფრო სწრაფად (r-9-ის პროპორციულად), ვიდრე მიზიდულობის ძალა (r-7-ის პროპორციით. ). მაშასადამე, როდესაც მოლეკულებს შორის მანძილი მცირდება, ჯერ მიზიდულობის ძალა ჭარბობს, შემდეგ გარკვეულ მანძილზე r o მიზიდულობის ძალა უტოლდება მოზიდვის ძალას და შემდგომი მიახლოებისას ჭარბობს მომგვრელი ძალა. ყოველივე ზემოაღნიშნული მიზანშეწონილად არის ილუსტრირებული დისტანციაზე დამოკიდებულების გრაფიკით, ჯერ მიზიდულობის, საგრებელი ძალის, შემდეგ კი შედეგის ძალის. სასარგებლოა ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგიის გრაფიკის აგება, რომელიც მოგვიანებით შეიძლება გამოყენებულ იქნას მატერიის საერთო მდგომარეობების განხილვისას. მეათეკლასელების ყურადღებას იპყრობს ის ფაქტი, რომ ურთიერთმოქმედი ნაწილაკების სტაბილური წონასწორობის მდგომარეობა შეესაბამება ურთიერთქმედების ნულოვანი შედეგიან ძალებს და მათი ურთიერთ პოტენციური ენერგიის უმცირეს მნიშვნელობას. მყარ სხეულში ნაწილაკების ურთიერთქმედების ენერგია (შეკავშირების ენერგია) გაცილებით მეტია, ვიდრე მათი თერმული მოძრაობის კინეტიკური ენერგია, ამიტომ მყარი სხეულის ნაწილაკების მოძრაობა არის ვიბრაცია კრისტალური გისოსების კვანძებთან მიმართებაში. თუ მოლეკულების თერმული მოძრაობის კინეტიკური ენერგია ბევრად აღემატება მათი ურთიერთქმედების პოტენციურ ენერგიას, მაშინ მოლეკულების მოძრაობა სრულიად შემთხვევითია და ნივთიერება არსებობს აირისებრ მდგომარეობაში. თუ კინეტიკური ენერგია თერმული ნაწილაკების მოძრაობა შედარებულია მათი ურთიერთქმედების პოტენციურ ენერგიასთან, მაშინ ნივთიერება თხევად მდგომარეობაშია.

მოლეკულური კინეტიკური თეორიის მიხედვით, ყველა ნივთიერება შედგება უმცირესი ნაწილაკებისგან - მოლეკულებისგან. მოლეკულები გამოყოფილია უფსკრულით, არიან უწყვეტ მოძრაობაში და ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან. მოლეკულა არის ნივთიერების უმცირესი ნაწილაკი, რომელსაც აქვს თავისი ქიმიური თვისებები. მოლეკულები შედგება მარტივი ნაწილაკებისგან - ქიმიური ელემენტების ატომებისგან. სხვადასხვა ნივთიერების მოლეკულებს განსხვავებული ატომური შემადგენლობა აქვთ.

მოლეკულებს აქვთ კინეტიკური ენერგია და ამავე დროს ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია. აირის მდგომარეობაში W kin >> W ოფლი. თხევად და მყარ მდგომარეობებში ნაწილაკების კინეტიკური ენერგია შედარებულია მათი ურთიერთქმედების ენერგიასთან (Wkin ~Wpot).

ავხსნათ მოლეკულურ-კინეტიკური თეორიის სამი ძირითადი დებულება.

1. ყველა ნივთიერება შედგება მოლეკულებისგან, ე.ი. აქვს დისკრეტული სტრუქტურა, მოლეკულები გამოყოფილია უფსკრულით.

2. მოლეკულები უწყვეტ შემთხვევით (ქაოტურ) მოძრაობაში არიან.

3. სხეულის მოლეკულებს შორის არის ძალები ურთიერთქმედებები.

მოლეკულურ-კინეტიკური თეორია დასაბუთებულია მრავალი ექსპერიმენტით და დიდი რაოდენობით ფიზიკური ფენომენით.

მოლეკულებს შორის ხარვეზების არსებობა მოჰყვება, მაგალითად, სხვადასხვა სითხეების შერევის ექსპერიმენტებს: ნარევის მოცულობა ყოველთვის ნაკლებია შერეული სითხეების მოცულობის ჯამზე.

აქ მოცემულია მოლეკულების შემთხვევითი (ქაოტური) მოძრაობის რამდენიმე მტკიცებულება:

ა) გაზის სურვილი დაიკავოს მისთვის მიწოდებული მთელი მოცულობა (სუნიანი აირის განაწილება მთელ ოთახში);

ბ) ბრაუნის მოძრაობა - მიკროსკოპში ხილული ნივთიერების უმცირესი ნაწილაკების შემთხვევითი მოძრაობა, რომლებიც სუსპენზიაშია და მასში უხსნადია. ეს მოძრაობა ხდება სითხის მიმდებარე მოლეკულების ქაოტური ზემოქმედების გავლენით, რომლებიც მუდმივ ქაოტურ მოძრაობაში არიან;

გ) დიფუზია - მომიჯნავე ნივთიერებების მოლეკულების ურთიერთშეღწევა. დიფუზიის დროს ერთი სხეულის მოლეკულები, რომლებიც უწყვეტ მოძრაობაში არიან, შეაღწევენ მასთან კონტაქტში მყოფი სხვა სხეულის მოლეკულებს შორის არსებულ უფსკრულებს და მრავლდებიან მათ შორის. დიფუზია ვლინდება ყველა სხეულში - აირებში, სითხეებში და მყარ სხეულებში - მაგრამ სხვადასხვა ხარისხით.

აირებში დიფუზია შეიძლება შეინიშნოს, თუ სუნიანი აირის მქონე ჭურჭელი გახსნილია შენობაში. ცოტა ხნის შემდეგ გაზი მთელ ოთახში გავრცელდება.

სითხეებში დიფუზია გაცილებით ნელია, ვიდრე აირებში. მაგალითად, ჭიქაში ჩავასხათ სპილენძის სულფატის ხსნარი, შემდეგ კი ძალიან ფრთხილად დავამატოთ წყლის ფენა და დავტოვოთ ჭიქა მუდმივი ტემპერატურის მქონე ოთახში და სადაც არ ექვემდებარება შერყევას. გარკვეული პერიოდის შემდეგ დავაკვირდებით ვიტრიოლსა და წყალს შორის მკვეთრი საზღვრის გაქრობას და რამდენიმე დღის შემდეგ სითხეები აირევა, მიუხედავად იმისა, რომ ვიტრიოლის სიმკვრივე წყლის სიმკვრივეზე მეტია. ის ასევე ავრცელებს წყალს ალკოჰოლთან და სხვა სითხეებთან ერთად.

მყარ სხეულებში დიფუზია უფრო ნელია, ვიდრე სითხეებში (რამდენიმე საათიდან რამდენიმე წლამდე). მისი დაკვირვება შესაძლებელია მხოლოდ კარგად დაფქულ სხეულებში, როდესაც მიწის სხეულების ზედაპირებს შორის მანძილი ახლოსაა მოლეკულებს შორის მანძილებთან (10 -8 სმ). ამ შემთხვევაში, დიფუზიის სიჩქარე იზრდება ტემპერატურისა და წნევის მატებასთან ერთად.

მოლეკულების ძალთა ურთიერთქმედების მტკიცებულება:

ა) სხეულების დეფორმაცია ძალის ზემოქმედებით;

ბ) ფორმის შენარჩუნება მყარი სხეულებით;

გ) სითხეების ზედაპირული დაძაბულობა და, შედეგად, დატენიანებისა და კაპილარობის ფენომენი.

მოლეკულებს შორის არის როგორც მიმზიდველი, ასევე ამაღელვებელი ძალები. ეს ძალები ბუნებით ელექტრომაგნიტურია.

განვიხილოთ მოლეკულების ურთიერთგანლაგების სხვადასხვა შემთხვევები და ვაჩვენოთ რომელი ძალები ჭარბობს. მოდით შემოგთავაზოთ შემდეგი აღნიშვნა:

რ - მანძილი მოლეკულებს შორის.

დ არის მოლეკულის დიამეტრი

ფ np – სიმძიმის ძალა

ფ om – ამაღელვებელი ძალა

→ - სწრაფვა

აქედან გამომდინარე

r→∞=>F=0(ძალები მოკლე დიაპაზონია)

რ> დ(≈2-3 დიამეტრი)=>ფ np > ფ om

r→d=>F np →0