Podstawowe równanie MKT i pomiar temperatury

Nauka procesów, zachodzących w statystycznych systemach, усложнено minimalne wielkości cząstek i ogromną ich ilością. Rozważyć oddzielnie każdą cząstkę praktycznie niemożliwe, dlatego wprowadzane są statystyczne wartości: średnia prędkość cząstek, ich stężenie, masa cząstki. Formuła, charakteryzując stan systemu z uwzględnieniem parametrów mikroskopowych, nazywa się podstawowym równaniem molekularne-kinetycznej teorii gazów (MKT).

Trochę o średniej prędkości ruchu cząstek

Definicja prędkości ruchu cząstek po raz pierwszy przeprowadzono eksperymentalnie. Znany z programu nauczania doświadczenie, przeprowadzone Otto Sterna, pozwolił stworzyć wyobrażenie o prędkościach cząstek. W trakcie eksperymentu badano ruch atomów srebra w obracających się cylindrów: najpierw na postoju instalacji, a następnie obracając ją z pewną prędkością kątową.

W rezultacie, stwierdzono, że prędkość cząsteczek srebra przekracza wartość prędkości dźwięku i wynosi 500 m/s. Fakt jest dość ciekawa, ponieważ takie prędkości ruchu cząstek w substancjach człowiekowi poczuć trudne.

Gaz Doskonały

Kontynuuj badanie jest możliwe tylko w systemie, którego parametry określić bezpośrednimi pomiarami można za pomocą fizycznych urządzeń. Prędkość mierzy prędkościomierz, ale pomysł dołączyć prędkościomierz do pojedynczej cząstce jest absurdalna. Bezpośrednio mierzyć można tylko макроскопический parametr, związany z ruchem cząstek.

Zastanów się ciśnienie gazu. Ciśnienie na ścianki naczynia jest tworzony uderzeniami cząsteczek znajduje się w naczyniu gazu. Cechą stanu pary substancji - w dość dużych odległościach między cząstkami i małej ich interakcji ze sobą. Pozwala to bezpośrednio zmierzyć ciśnienie.

Bardziej:

Główne etapy rozwoju psychiki w филогенезе

Rozwój psychiki w филогенезе charakteryzuje się kilkoma etapami. Rozważmy dwie główne historie związane z tym procesem.Филогенез - to historyczny rozwój, obejmującego miliony lat ewolucji, historię rozwoju różnych gatunków organizmów żywych.Ontogenez...

Co to jest gronkowiec i metody jego leczenia

Wielu w swoim życiu miał do czynienia z zakażeniem gronkowca. Dlatego konieczne jest posiadanie pełnej informacji o tej chorobie, aby w pełni zrozumieć, co dzieje się w organizmie. Więc co to jest gronkowiec? To bakterie, lub jedną z ich odmian, z kt...

Co studiuje morfologia

 Przed podjęciem się, że studiuje morfologia, należy zauważyć, że sam studiuje ten dział gramatyki. Tak, morfologia studiuje słowo jako część mowy, a także sposoby jego edukacji, jego formy, struktury i gramatyki wartości, a także poszczególne j...

Każdy system współdziałających ciał charakteryzuje się energii potencjalnej i energii kinetycznej ruchu. Prawdziwy gaz ó system skomplikowana. Zmienność energii potencjalnej nie poddaje się systematyzacji. Rozwiązać problem można, wprowadzając model znoszącą charakterystyczne właściwości gazu, отметающую złożoność interakcji.

Idealny gaz ó stan materii, w którym oddziaływanie cząstek pomijalnie mała, energia potencjalna interakcja dąży do zera. Znaczące można uznać tylko energię ruchu, w zależności od prędkości cząstek.

Ciśnienie gazu doskonałego

Odszukać odpowiednich powiązań pomiędzy ciśnieniem gazu i prędkości jego cząstek pozwala na podstawowe równanie MKT gazu doskonałego. Cząstka poruszająca się w naczyniu, jeśli соударении ze ścianą przekazuje jej impuls, którego wartość można określić na podstawie II prawa Newtona:

• F∆t = 2m₀V_X

Zmiana pędu cząsteczki z elastycznej uderzeniu w związku ze zmianą poziomej składowej prędkości. F ó siła działająca ze strony cząsteczki na ścianie w ciągu krótkiego czasu t; m₀ – masa cząstki.

Z powierzchnią o powierzchni S w czasie ∆t borykają się wszystkie cząstki gazu, poruszające się w kierunku powierzchni z prędkością v_X i znajdujące się w cylindrze o pojemności Sυ_XΔt. Przy stężeniu cząstek n jest dokładnie połowa cząsteczek porusza się do ściany, druga połowa ó w przeciwnym kierunku.

Po Rozpatrzeniu соударение wszystkich cząstek, można nagrać prawo Newtona dla siły działającej na boisko:

• F∆t = nm₀V_X²S∆t

Ponieważ ciśnienie gazu jest określony jako stosunek siły działającej prostopadle do powierzchni, do placu ostatniej, można zapisać:

• P = F : S = nm₀V_X²

Otrzymany stosunek jako podstawowe równanie MKT nie może opisać cały system, ponieważ rozważa ruch tylko w jednym kierunku.

Rozkład Maxwella

Nieustanne częstych kolizji cząstek gazu ze ściankami i do siebie nawzajem, prowadzą do ustalenia określonego statystycznego rozkładu cząstek prędkości (energii). Kierunki wszystkich wektorów prędkości są равновероятными. Taki rozkład otrzymało nazwę rozkład Maxwella. W 1860 roku ta prawidłowość została wyhodowana J. Maxwellem na podstawie MKT. Podstawowymi parametrami ustawy dystrybucji nazywają prędkości: prawdopodobną odpowiadającą maksymalnej wartości krzywej, i среднеквадратичную v_Kv = √‹v²› - średni kwadrat prędkości cząstek.

Wzrost temperatury gazu odpowiada kolejności rosnącej wartości prędkości.

Wychodząc z założenia, że wszystko prędkości równorzędni, a ich moduły mają taką samą wartość, można uznać:

• ‹v²› = ‹v_X²› + ‹v_Y²› + ‹v_Z²› skąd: ‹v_X²› = ‹v²› : 3

Podstawowe równanie MKT z uwzględnieniem wartości średniego ciśnienia gazu ma postać:

• P = nm₀‹v²› : 3.

To stosunek unikalnie tym, co określa związek między mikroskopijne parametrami: prędkością, masą cząstki, koncentracji cząstek i ciśnieniem gazu w ogóle.

Za Pomocą pojęcie energii kinetycznej cząstek, podstawowe równanie MKT można przepisać inaczej:

• P = 2nm₀‹v²› : 6 = 2n‹E_K› : 3

Ciśnienie gazu proporcjonalnie do wartości średniej energii kinetycznej jegocząstek.

Temperatura

Ciekawe, że dla niezmiennej ilości gazu w zamkniętym naczyniu można połączyć ciśnienie gazu i średnia wartość energii ruchu cząsteczek. Pomiar ciśnienia przy tym można produkować, pomiar energii cząstek.

Jak to zrobić? Jaką wartość można porównać do energii kinetycznej? Taka wielkością okazuje się temperatura.

Temperatura – jest miarą stanu cieplnego substancji. Do jej pomiaru stosuje się termometr, u podłoża którego działania z oczekiwaniami rozszerzalność cieplna roboczego ciała (alkohol, rtęć) po podgrzaniu. Skala termometru jest tworzony eksperymentalnie. Zwykle na niej umieścić etykiety, odpowiednie do położenia pracy ciała w pewnym fizycznym procesie, co dzieje się w niezmienionym stanie cieplnym (parowanie wody, topnienie lodu). Różne termometry mają różne skale. Na przykład, skala Celsjusza, Fahrenheita.

Uniwersalna skala temperatur

Bardziej interesujące z punktu widzenia niezależności od właściwości medium można uznać za termometry gazowe. Ich skala nie jest uzależniona od rodzaju używanego gazu. W takim urządzeniu można hipotetycznie wyróżnić temperaturę, przy której dąży do zera ciśnienie gazu. Obliczenia pokazują, że wartość ta odpowiada -273,15 ^OC. skala Temperatury (bezwzględna skala temperatur lub skala Kelvina) został wprowadzony w 1848 roku. Za główny punkt tej skali wzięli możliwą temperaturę zerowego ciśnienia gazu. Pojedynczy odcinek osi jest równy pojedynczej wartości skali Celsjusza. Zapisać podstawowe równanie MKT z wykorzystaniem temperatury wydaje się bardziej wygodne przy badaniu procesów gazowych.

Połączenie ciśnienia i temperatury

Empirycznie można sprawdzić proporcjonalności ciśnienia gazu jego temperatura. Jednocześnie stwierdzono, że ciśnienie jest wprost proporcjonalne do stężenia cząstek:

• P = nkT,

Gdzie T – temperatura bezwzględna, k-wartość stała, równa 1.38•10^-23J/K.

Fundamentalną wartość, która ma stałą wartość dla wszystkich gazów, nazywany jest stałą Boltzmanna.

Porównując zależność ciśnienia od temperatury i podstawowe równanie MKT gazów, można zapisać:

• ‹E_K› = 3kT : 2

Średnia wartość energii kinetycznej ruchu cząsteczek gazu jest proporcjonalna do jego temperatury. Czyli temperatura może służyć miarą energii kinetycznej ruchu cząsteczek.