Svijet u kojem živimo je nezamislivo lijep i pun mnogo različitih procesa koji određuju tok života. Sve ove procese proučava poznata nauka - fizika. Pruža priliku da steknete barem neku ideju o poreklu svemira. U ovom članku ćemo razmotriti koncept kao što je molekularna kinetička teorija, njene jednadžbe, vrste i formule. Međutim, prije nego što pređete na dublje proučavanje ovih pitanja, morate sami razjasniti samo značenje fizike i područja koje proučava.
Šta je fizika?
U stvari, ovo je veoma opsežna nauka i, možda, jedna od najosnovnijih u istoriji čovečanstva. Na primjer, ako je ista informatika povezana s gotovo svim područjima ljudske aktivnosti, bilo da se radi o kompjuterskom dizajnu ili stvaranju crtanih filmova, onda je fizika sam život, opis njegovih složenih procesa i tokova. Hajde da pokušamo da razjasnimo njegovo značenje, pojednostavljujući razumevanje koliko god je to moguće.
DakleDakle, fizika je nauka koja se bavi proučavanjem energije i materije, veza između njih, objašnjenjem mnogih procesa koji se dešavaju u našem ogromnom svemiru. Molekularno-kinetička teorija strukture materije samo je mala kap u moru teorija i grana fizike.
Energija, koju ova nauka detaljno proučava, može biti predstavljena u različitim oblicima. Na primjer, u obliku svjetlosti, kretanja, gravitacije, zračenja, elektriciteta i mnogih drugih oblika. U ovom članku ćemo se dotaknuti molekularno-kinetičke teorije strukture ovih oblika.
Proučavanje materije daje nam ideju o atomskoj strukturi materije. Inače, to proizilazi iz molekularno-kinetičke teorije. Nauka o strukturi materije nam omogućava da shvatimo i pronađemo smisao našeg postojanja, razloge nastanka života i samog Univerzuma. Pokušajmo ipak proučiti molekularnu kinetičku teoriju materije.
Prvo, potreban je uvod da bi se u potpunosti razumjela terminologija i svi zaključci.
Teme iz fizike
Odgovarajući na pitanje šta je molekularno-kinetička teorija, ne može se ne govoriti o dijelovima fizike. Svaki od njih se bavi detaljnim proučavanjem i objašnjenjem određenog područja ljudskog života. Klasificirani su na sljedeći način:
- Mehanika, koja je podijeljena u još dva dijela: kinematika i dinamika.
- Static.
- Termodinamika.
- Molekularna sekcija.
- Elektrodinamika.
- Optics.
- Fizika kvanta i atomskog jezgra.
Pričamo konkretno o molekularnomfizike, jer je zasnovana na molekularno-kinetičkoj teoriji.
Šta je termodinamika?
Uopšteno govoreći, molekularni dio i termodinamika su usko povezane grane fizike, koje proučavaju isključivo makroskopsku komponentu ukupnog broja fizičkih sistema. Vrijedi zapamtiti da ove nauke precizno opisuju unutrašnje stanje tijela i tvari. Na primjer, njihovo stanje tokom zagrijavanja, kristalizacije, isparavanja i kondenzacije, na atomskom nivou. Drugim riječima, molekularna fizika je nauka o sistemima koji se sastoje od ogromnog broja čestica: atoma i molekula.
Upravo su ove nauke proučavale glavne odredbe molekularne kinetičke teorije.
Još u toku sedmog razreda upoznali smo se sa pojmovima mikro- i makro-svetova, sistema. Neće biti suvišno osvježiti ove pojmove u pamćenju.
Mikrosvijet, kao što možemo vidjeti iz samog njegovog imena, sastoji se od elementarnih čestica. Drugim riječima, ovo je svijet malih čestica. Njihove veličine se mjere u rasponu od 10-18 m do 10-4 m, a vrijeme njihovog stvarnog stanja može doseći i beskonačnost i neproporcionalno mali intervali, na primjer, 10-20 s.
Makrosvet razmatra tela i sisteme stabilnih oblika, koji se sastoje od mnogih elementarnih čestica. Takvi sistemi su proporcionalni našoj ljudskoj veličini.
Pored toga, postoji nešto kao mega svijet. Sastoji se od ogromnih planeta, kosmičkih galaksija i kompleksa.
Osnoveteorija
Sada kada smo malo rezimirali i prisjetili se osnovnih pojmova fizike, možemo prijeći direktno na glavnu temu ovog članka.
Molekularno-kinetička teorija se pojavila i formulisana po prvi put u devetnaestom veku. Njegova suština leži u činjenici da detaljno opisuje strukturu bilo koje supstance (češće strukturu gasova nego čvrstih i tečnih tela), na osnovu tri fundamentalne odredbe koje su prikupljene iz pretpostavki tako istaknutih naučnika kao što su Robert Hooke, Isaac. Newton, Daniel Bernoulli, Mikhail Lomonosov i mnogi drugi.
Glavne odredbe molekularne kinetičke teorije zvuče ovako:
- Apsolutno sve supstance (bez obzira da li su tečne, čvrste ili gasovite) imaju složenu strukturu, koja se sastoji od manjih čestica: molekula i atoma. Atomi se ponekad nazivaju "elementarni molekuli".
- Sve ove elementarne čestice su uvijek u stanju kontinuiranog i haotičnog kretanja. Svako od nas je naišao na direktan dokaz ove tvrdnje, ali mu, najvjerovatnije, nije pridavao veliki značaj. Na primjer, svi smo vidjeli na pozadini sunčevih zraka da se čestice prašine neprestano kreću u haotičnom smjeru. To je zbog činjenice da atomi proizvode međusobno guranje jedni s drugima, neprestano prenoseći kinetičku energiju jedni drugima. Ovaj fenomen je prvi put proučavan 1827. godine, a ime je dobio po otkrivaču - "Brownovsko kretanje".
- Sve elementarne čestice su u procesu kontinuirane interakcije jedna s drugomodređene sile koje imaju električni kamen.
Vrijedi napomenuti da je još jedan primjer koji opisuje položaj broj dva, a koji se također može primijeniti, na primjer, na molekularnu kinetičku teoriju plinova, difuzija. S njim se susrećemo u svakodnevnom životu, te u višestrukim testovima i kontrolama, pa je važno imati ideju o tome.
Prvo, razmotrite sljedeće primjere:
Doktor je slučajno prosuo alkohol iz flašice na sto. Ili vam je možda ispustila bočica parfema i ona se raširila po podu.
Zašto će, u ova dva slučaja, i miris alkohola i miris parfema nakon nekog vremena ispuniti cijelu prostoriju, a ne samo područje gdje je sadržaj ovih supstanci prosut?
Odgovor je jednostavan: difuzija.
Difuzija - šta je to? Kako teče?
Ovo je proces u kojem čestice koje čine jednu određenu supstancu (obično gas) prodiru u intermolekularne praznine druge. U našim gornjim primjerima dogodilo se sljedeće: uslijed termičkog, odnosno kontinuiranog i disociranog kretanja, molekuli alkohola i/ili parfema su upali u praznine između molekula zraka. Postepeno, pod utjecajem sudara s atomima i molekulima zraka, oni se šire po prostoriji. Inače, intenzitet difuzije, odnosno brzina njenog protoka, zavisi od gustoće supstanci koje učestvuju u difuziji, kao i od energije kretanja njihovih atoma i molekula, koja se naziva kinetička. Što je kinetička energija veća, to je veća brzina ovih molekula, odnosno, i intenzitet.
Najbrži proces difuzije se može nazvati difuzijom u gasovima. To je zbog činjenice da plin nije homogen po svom sastavu, što znači da međumolekularne šupljine u plinovima zauzimaju značajnu količinu prostora, a proces ulaska atoma i molekula strane tvari u njih teče lakše i brže.
Ovaj proces je malo sporiji u tečnostima. Otapanje kocke šećera u šolji čaja je samo primer difuzije čvrste supstance u tečnosti.
Ali najduže vrijeme je difuzija u tijelima sa čvrstom kristalnom strukturom. To je upravo tako, jer je struktura čvrstih tijela homogena i ima jaku kristalnu rešetku u čijim ćelijama titraju atomi čvrste tvari. Na primjer, ako se površine dvije metalne šipke dobro očiste i zatim dovedu u kontakt jedna s drugom, tada ćemo nakon dovoljno dugog vremena moći otkriti komadiće jednog metala u drugom, i obrnuto.
Kao i svaki drugi fundamentalni dio, osnovna teorija fizike je podijeljena na zasebne dijelove: klasifikaciju, tipove, formule, jednačine, itd. Tako smo naučili osnove molekularne kinetičke teorije. To znači da možete bezbedno nastaviti sa razmatranjem pojedinačnih teorijskih blokova.
Molekularno-kinetička teorija gasova
Postoji potreba da se razumiju odredbe teorije plina. Kao što smo ranije rekli, razmotrićemo makroskopske karakteristike gasova, kao što su pritisak i temperatura. Ovo jebiće potrebno kasnije da bi se izvela jednadžba molekularno-kinetičke teorije gasova. Ali matematika - kasnije, a sada da se pozabavimo teorijom i, shodno tome, fizikom.
Naučnici su formulisali pet odredbi molekularne teorije gasova, koje služe za razumevanje kinetičkog modela gasova. Zvuče ovako:
- Svi gasovi se sastoje od elementarnih čestica koje nemaju određenu veličinu, ali imaju određenu masu. Drugim riječima, volumen ovih čestica je minimalan u poređenju sa dužinom između njih.
- Atomi i molekuli gasova praktično nemaju potencijalnu energiju, odnosno, prema zakonu, sva energija je jednaka kinetičkoj.
- Već smo se ranije upoznali sa ovom pozicijom - Brownovo kretanje. To jest, čestice gasa su uvek u neprekidnom i haotičnom kretanju.
- Apsolutno svi međusobni sudari gasnih čestica, praćeni porukom brzine i energije, potpuno su elastični. To znači da nema gubitka energije ili oštrih skokova njihove kinetičke energije tokom sudara.
- U normalnim uslovima i konstantnoj temperaturi, prosečna energija kretanja čestica skoro svih gasova je ista.
Možemo prepisati petu poziciju kroz ovu vrstu jednadžbe molekularno-kinetičke teorije plinova:
E=1/2mv^2=3/2kT, gdje je k Boltzmannova konstanta; T - temperatura u Kelvinima.
Ova jednačina nam omogućava da razumijemo odnos između brzine elementarnih čestica plina i njihove apsolutne temperature. Shodno tome, veći je njihov apsoluttemperatura, veća je njihova brzina i kinetička energija.
Pritisak plina
Takve makroskopske komponente karakteristike, kao što je pritisak gasova, takođe se mogu objasniti korišćenjem kinetičke teorije. Da biste to učinili, zamislimo sljedeći primjer.
Pretpostavimo da se molekul nekog plina nalazi u kutiji, čija je dužina L. Koristimo odredbe gore opisane teorije plina i uzmimo u obzir činjenicu da se molekularna sfera kreće samo duž x -osa. Tako ćemo moći da posmatramo proces elastičnog sudara sa jednim od zidova posude (kutije).
Zamah tekućeg sudara, kao što znamo, određen je formulom: p=mv, ali u ovom slučaju, ova formula će poprimiti oblik projekcije: p=mv(x).
Budući da razmatramo samo dimenziju x-ose, odnosno x-ose, ukupna promjena momenta će biti izražena formulom: mv(x) - m(-v(x))=2mv(x).
Dalje, razmotrite silu koju vrši naš objekat koristeći Newtonov drugi zakon: F=ma=P/t.
Iz ovih formula izražavamo pritisak sa strane gasa: P=F/a;
Sada zamenimo izraz sile u rezultujuću formulu i dobijemo: P=mv(x)^2/L^3.
Nakon toga, naša gotova formula za pritisak se može napisati za N-ti broj molekula gasa. Drugim riječima, to će izgledati ovako:
P=Nmv(x)^2/V, gdje je v brzina, a V volumen.
Sada pokušajmo istaknuti nekoliko osnovnih odredbi o tlaku plina:
- Manifestuje se krozsudari molekula sa molekulima zidova objekta u kojem se nalazi.
- Veličina pritiska je direktno proporcionalna sili i brzini udara molekula o zidove posude.
Neki kratki zaključci o teoriji
Pre nego što krenemo dalje i razmotrimo osnovnu jednačinu molekularne kinetičke teorije, nudimo vam nekoliko kratkih zaključaka iz gornjih tačaka i teorije:
- Mjera prosječne energije kretanja njegovih atoma i molekula je apsolutna temperatura.
- Kada su dva različita gasa na istoj temperaturi, njihovi molekuli imaju istu prosječnu kinetičku energiju.
- Energija čestica gasa je direktno proporcionalna srednjoj kvadratnoj brzini: E=1/2mv^2.
- Iako molekuli gasa imaju prosječnu kinetičku energiju, odnosno prosječnu brzinu, pojedinačne čestice se kreću različitim brzinama: neke brzo, neke sporo.
- Što je temperatura veća, to je veća brzina molekula.
- Koliko puta povećamo temperaturu gasa (na primjer, udvostručimo), energija kretanja njegovih čestica se isto toliko puta povećava (odnosno, udvostruči).
Osnovna jednadžba i formule
Osnovna jednadžba molekularne kinetičke teorije omogućava vam da uspostavite odnos između količina mikrosvijeta i, shodno tome, makroskopskih, odnosno izmjerenih količina.
Jedan od najjednostavnijih modela koje molekularna teorija može uzeti u obzir je model idealnog plina.
Moglo bi se tako rećiovo je vrsta imaginarnog modela koji proučava molekularno-kinetička teorija idealnog plina, u kojem:
- najjednostavnije čestice plina smatraju se savršeno elastičnim kuglicama koje međusobno djeluju i međusobno i sa molekulima zidova bilo koje posude u samo jednom slučaju - apsolutno elastičnom sudaru;
- sile privlačenja unutar gasa su odsutne, ili se zapravo mogu zanemariti;
- elementi unutrašnje strukture gasa mogu se uzeti kao materijalne tačke, odnosno njihova zapremina se takođe može zanemariti.
Razmatrajući takav model, njemački fizičar Rudolf Clausius napisao je formulu za pritisak plina kroz odnos mikro- i makroskopskih parametara. Izgleda kao:
p=1/3m(0)nv^2.
Kasnije će se ova formula zvati kao osnovna jednačina molekularno-kinetičke teorije idealnog plina. Može se predstaviti u nekoliko različitih oblika. Naša dužnost sada je da pokažemo dijelove kao što su molekularna fizika, molekularna kinetička teorija, a time i njihove kompletne jednadžbe i tipove. Stoga ima smisla razmotriti druge varijacije osnovne formule.
Znamo da se prosječna energija koja karakterizira kretanje molekula plina može pronaći pomoću formule: E=m(0)v^2/2.
U ovom slučaju, možemo zamijeniti izraz m(0)v^2 u originalnoj formuli pritiska sa prosječnom kinetičkom energijom. Kao rezultat toga, imaćemo priliku da sastavimo osnovnu jednačinu molekularne kinetičke teorije gasova u sledećem obliku: p=2/3nE.
Osim toga, svi znamo da se izraz m(0)n može napisati kao proizvod dva količnika:
m/NN/V=m/V=ρ.
Nakon ovih manipulacija, možemo prepisati našu formulu za jednadžbu molekularno-kinetičke teorije idealnog plina u trećem, drugačijem obliku:
p=1/3ρv^2.
Pa, možda je to sve što trebate znati o ovoj temi. Ostaje samo sistematizirati stečeno znanje u obliku kratkih (i ne tako) zaključaka.
Svi opšti zaključci i formule na temu "Molekularno-kinetička teorija"
Pa hajde da počnemo.
Prvi:
Fizika je fundamentalna nauka uključena u tok prirodnih nauka, koja proučava svojstva materije i energije, njihovu strukturu, obrasce neorganske prirode.
Uključuje sljedeće odjeljke:
- mehanika (kinematika i dinamika);
- static;
- termodinamika;
- elektrodinamika;
- molekularni dio;
- optika;
- fizika kvanta i atomskog jezgra.
Drugo:
Fizika čestica i termodinamika su usko povezane grane koje proučavaju isključivo makroskopsku komponentu ukupnog broja fizičkih sistema, odnosno sistema koji se sastoje od ogromnog broja elementarnih čestica.
Zasnovane su na molekularno-kinetičkoj teoriji.
Treći:
Suština stvari je ovo. Teorija molekularne kinetike detaljno opisuje strukturu tvari (češće strukturu plinova nego čvrstih tvari).i tečna tijela), na osnovu tri fundamentalne pretpostavke koje su prikupljene iz pretpostavki istaknutih naučnika. Među njima: Robert Hooke, Isaac Newton, Daniel Bernoulli, Mikhail Lomonosov i mnogi drugi.
Četvrti:
Tri osnovna načela molekularne kinetičke teorije:
- Sve supstance (bez obzira da li su tečne, čvrste ili gasovite) imaju složenu strukturu koja se sastoji od manjih čestica: molekula i atoma.
- Sve ove jednostavne čestice su u neprekidnom haotičnom kretanju. Primjer: Brownovo kretanje i difuzija.
- Svi molekuli pod bilo kojim uslovima međusobno deluju sa određenim silama koje imaju električni kamen.
Svaka od ovih odredbi molekularne kinetičke teorije je čvrsta osnova u proučavanju strukture materije.
Peti:
Nekoliko glavnih tačaka molekularne teorije za model plina:
- Svi gasovi se sastoje od elementarnih čestica koje nemaju određenu veličinu, ali imaju određenu masu. Drugim riječima, volumen ovih čestica je minimalan u poređenju sa udaljenostima između njih.
- Atomi i molekuli gasova praktično nemaju potencijalnu energiju, odnosno njihova ukupna energija je jednaka kinetičkoj.
- Već smo se ranije upoznali sa ovom pozicijom - Brownovo kretanje. To jest, čestice gasa su uvijek u kontinuiranom i nasumičnom kretanju.
- Apsolutno svi međusobni sudari atoma i molekula gasova, praćeni porukom brzine i energije, potpuno su elastični. Ovo jeznači da nema gubitka energije ili oštrih skokova njihove kinetičke energije tokom sudara.
- U normalnim uslovima i konstantnoj temperaturi, prosečna kinetička energija skoro svih gasova je ista.
Šesto:
Zaključci iz teorije o gasovima:
- Apsolutna temperatura je mjera prosječne kinetičke energije njenih atoma i molekula.
- Kada su dva različita gasa na istoj temperaturi, njihovi molekuli imaju istu prosječnu kinetičku energiju.
- Prosječna kinetička energija čestica plina je direktno proporcionalna srednjoj kvadratnoj brzini: E=1/2mv^2.
- Iako molekuli gasa imaju prosječnu kinetičku energiju, odnosno prosječnu brzinu, pojedinačne čestice se kreću različitim brzinama: neke brzo, neke sporo.
- Što je temperatura veća, to je veća brzina molekula.
- Koliko puta povećamo temperaturu gasa (na primjer, udvostručimo), toliko se povećava i prosječna kinetička energija njegovih čestica (odnosno, udvostruči).
- Odnos između pritiska gasa na zidove posude u kojoj se nalazi i intenziteta udara molekula na te zidove je direktno proporcionalan: što je više udara, to je pritisak veći, i obrnuto.
Sedmi:
Model idealnog gasa je model u kojem moraju biti ispunjeni sljedeći uslovi:
- Molekuli plina mogu i smatraju se savršeno elastičnim kuglicama.
- Ove lopte mogu komunicirati jedna s drugom i sa zidovima bilo kojeplovilo samo u jednom kućištu - apsolutno elastičan sudar.
- One sile koje opisuju međusobni potisak između atoma i molekula gasa su odsutne ili se zapravo mogu zanemariti.
- Atomi i molekuli se smatraju materijalnim tačkama, odnosno njihov volumen se takođe može zanemariti.
Osmi:
Dajmo sve osnovne jednadžbe i pokažimo formule u temi "Molekularno-kinetička teorija":
p=1/3m(0)nv^2 - osnovna jednačina za model idealnog gasa, koju je izveo njemački fizičar Rudolf Clausius.
p=2/3nE - osnovna jednačina molekularno-kinetičke teorije idealnog gasa. Izvedeno iz prosječne kinetičke energije molekula.
r=1/3ρv^2 - ista jednačina, ali razmatrana kroz gustinu i srednju kvadratnu brzinu molekula idealnog gasa.
m(0)=M/N(a) - formula za pronalaženje mase jednog molekula kroz Avogadro broj.
v^2=(v(1)+v(2)+v(3)+…)/N - formula za pronalaženje srednje kvadratne brzine molekula, gdje je v(1), v(2), v (3) i tako dalje - brzina prvog molekula, drugog, trećeg i tako dalje do n-tog molekula.
n=N/V - formula za pronalaženje koncentracije molekula, gdje je N broj molekula u zapremini gasa do date zapremine V.
E=mv^2/2=3/2kT - formule za pronalaženje prosječne kinetičke energije molekula, gdje je v^2 srednja kvadratna brzina molekula, k je konstanta vrijednost nazvana po austrijskoj fizici Ludwiga Boltzmanna, a T je temperatura plina.
p=nkT - formula pritiska u smislu koncentracije, konstantaBoltzmanna i apsolutne temperature T. Iz nje slijedi još jedna fundamentalna formula, koju su otkrili ruski naučnik Mendeljejev i francuski fizičar-inženjer Claiperon:
pV=m/MRT, gdje je R=kN(a) univerzalna konstanta za plinove.
Pokažimo sada konstante za različite izo-procese: izobarične, izohorne, izotermne i adijabatske.
pV/T=const - izvodi se kada su masa i sastav gasa konstantni.
rV=const - ako je i temperatura konstantna.
V/T=const - ako je pritisak gasa konstantan.
p/T=const - ako je volumen konstantan.
Možda je to sve što trebate znati o ovoj temi.
Danas smo zaronili u naučnu oblast kao što je teorijska fizika, njenih višestrukih sekcija i blokova. Detaljnije smo se dotakli takvog područja fizike kao što su fundamentalna molekularna fizika i termodinamika, odnosno molekularno-kinetička teorija, koja, čini se, ne predstavlja nikakve poteškoće u početnoj studiji, ali zapravo ima mnogo zamki.. Proširuje naše razumijevanje modela idealnog plina, koji smo također detaljno proučavali. Osim toga, vrijedno je napomenuti da smo se upoznali i sa osnovnim jednadžbama molekularne teorije u njihovim različitim varijacijama, te razmotrili sve najpotrebnije formule za pronalaženje određenih nepoznatih veličina na ovu temu. Ovo će biti posebno korisno kada se pripremate za pisanje bilo kakvih testova, ispita i testova, ili za proširenje opšteg pogleda i znanja o fizici.
Nadamo se da vam je ovaj članak bio od koristi i da ste iz njega izvukli samo najpotrebnije informacije, ojačavajući svoje znanje o takvim stubovima termodinamike kao što su osnovne odredbe molekularne kinetičke teorije.
