Допоміжні матеріали для вивчення фізики (стр. 1 )

Чернігівський державний технологічний університет

центр довузівської підготовки

І.

Допоміжні матеріали для

вивчення фізики

Частина 2

·  Молекулярна фізика

·  Властивості газів, рідин і твердих тіл

·  Термодинаміка

Чернігів 2011

І.

Допоміжні матеріали для вивчення фізики. Частина 2. Молекулярна фізика. Властивості газів, рідин і твердих тіл. Термодинаміка./ І. Чернігів 2011.- 67 с.

Рецензенти:

Завідувач кафедри вищої та прикладної математики

Чернігівського національного педагогічного університету імені кандидат ф. м. наук, доцент.

Вчитель-методист Чернігівського ліцею з посиленою військово-фізичною підготовкою.

Посібник призначений для викладачів кусів довузівської підготовки з фізики. У ньому представлені: довідник з молекулярної фізики, властивостей газів, рідин і твердих тіл та термодинаміки; збірник задач; короткочасні тестові самостійні роботи.

Більшість матеріалу викладено у певній логічній послідовності, що дозволяє читачу побудувати логічну, вичерпну доповідь по розглянутому в книжці матеріалу.

Збірник задач посібника містить задачі з розділів: молекулярна фізика, властивості газів, рідин і твердих тіл, термодинаміка, які відповідають вимогам чинної навчальної програми з фізики академічного рівня для загальноосвітніх навчальних закладів Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України.

Дев'ять тестових самостійних робіт, що увійшли до посібника, дозволять швидко й якісно перевірити рівень знань відвідувачів курсів..

Зміст

Передмова	3
Довідникові матеріали з фізики	4
Молекулярна фізика	4
Властивості газів, рідин і твердих тіл	11
Термодинаміка	24
Збірник задач з фізики	32
Короткочасні тестові самостійні	42
Додатки	51

Довідникові матеріали з фізики

Молекулярна фізика

Молекулярна фізика - це розділ фізики, що вивчає структуру, сили міжмолекулярної взаємодії, характер теплового руху частинок (атомів, молекул, іонів), механічні і теплові властивості речовин у різних агрегатних станах.

Вона базується на молекулярно - кінетичній теорії (МКТ), мета якої – пояснення властивостей макроскопічних тіл і теплових процесів, що відбуваються в них на основі вчення про молекулярну будову речовини.

Основою МКТ є вчення про дискретність речовини, тобто, усі тіла складаються з дрібних частинок – молекул, між якими існують проміжки.

·  Молекула - це найдрібніша частинка речовини, що зберігає її хімічні властивості.

·  Молекули складаються з атомів.

Основні положення МКТ	Докази справедливості основних положень МКТ
1.  Усі тіла складаються з молекул, між якими існують проміжки.	1. Існують фотографії молекул.
2.  Молекули перебувають у безперервному хаотичному русі. Цей хаотичний рух називають тепловим, бо чим швидше рухаються молекули, тим вища температура тіла.	2. Існування явища дифузії і Броунівського руху. Осмос – це дифузія речовини крізь стінки посуди.
3.  Між молекулами існують сили взаємодії.	3. Якби не було сил взаємодії, то не існувало б твердих і рідких тіл

Основні положення молекулярно-кінетичної теорії

Явище дифузії

1. Знайомство з явищем. У повітрі розповсюджуються запахи, розчиняється цукор у воді, склеювання матеріалів, паяння і т. д.

2. Визначення. Явище проникнення молекул однієї речовини у проміжки між молекулами іншої речовини називається дифузією.

3. Умови протікання явища. Явище протікає при будь-яких умовах (бо молекули весь час перебувають у хаотичному русі), але з підвищенням температури інтенсивність протікання явища зростає.

4. ..............

5. Пояснюється явище хаотичним рухом молекул.

Броунівський рух (явище)

1. Знайомство з явищем. У 1827 р. Англійський ботанік Р. Броун (1773 - 1858), розглядаючи під мікроскопом завислі у воді спори плауна, помітив, що вони весь час перебувають у хаотичному русі. Після чого Р. Броун досліджував різні подрібнені речовини, розміщені у воді, і встановив основні властивості цього руху: а) явище спостерігається для будь-яких речовин; б) явище ніколи не припиняється; в) з ростом температури інтенсивність явища зростає.

Р. Броун не зумів пояснити це явище, але рух дрібних частинок дістав назву Броунівського руху.

2. Визначення. Броунівський рух - це рух дрібних частинок речовин, що складаються з великої кількості молекул, під дією некомпенсованих ударів молекул рідини, у якій знаходяться ці частинки.

3. Умови протікання явища. Для спостереження явища мікроскопічні частинки речовини повинні бути завислими у газі або у рідині.

4. ........

5. Пояснення явища. Броунівський рух пояснив у 1905 р. А. Ейнштейн. По завислих частинках речовини з усіх сторін б’ють молекули газу або рідини, у якій вони зависли (Рис. 1). Так як в кожний момент часу, з різних боків вдаряє різна кількість молекул, то частинка переміщується у бік дії більшої частини молекул.

Сили міжмолекулярної взаємодії

1. Визначення. Сили міжмолекулярної взаємодії - це сили, що діють між молекулами на коротких відстанях, які не перевищують розмірів кількох молекул.

2. Сили міжмолекулярної взаємодії напрямлені проти зміщення молекул. Якщо відстань між молекулами зменшується (r<r0, де r-відстань між молекулами, r0-діаметр молекули), то переважають додатні сили взаємного відштовхування F1, залежність яких від r така: F=k1r-13.

При збільшенні відстані між молекулами (r>r0), переважають від'ємні сили взаємного притягання F=- k2r-7.

3. На мал. зображено графіки сил взаємного відштовхування (крива 1 ), притягання (крива 3 ) і рівнодійної цих сил (крива 2) для двох молекул залежно від відстані r між цими молекулами.

Для відстані r0, що приблизно дорівнює сумі радіусів молекул, рівнодійна сила F=0 (крива 2 ).

Коефіцієнти k1 і k2 у наведених рівняннях залежать від речовини, що досліджують.

4. За природою сили взаємодії молекул - це сили електричного походження

Розміри молекул

Приблизну оцінку розмірів молекул можна дістати з досліду, проведеного вперше німецьким фізиком В. Рентгеном і англійським фізиком Д. Релеєм.

Якщо пустити краплину олеїнової кислоти (її об'єм відомий) на поверхню води, то вона розпливається, утворюючи тонку плівку, товщиною в одну молекулу. Вимірявши площу утвореної плівки, визначимо її товщину (тобто діаметр молекули). Наприклад, результат одного з дослідів такий: об'єм краплі 3,6 10-5 см3, площа поверхні плівки 90 см2, отже, товщина плівки

Сучасні методи вимірювання дають приблизно однакові діаметри для молекул більшості речовин, вони мають порядок 10-10 м. Проте молекули деяких органічних речовин, які складаються з тисяч атомів, мають розміри, що значно перевищують розміри двох - і трьохатомних молекул.

Відносна атомна маса Мr (ф. в.)

1. Відносна атомна маса характеризує інертні властивості атомів у порівнянні з атомом карбону.

2. Визначення. Відносна атомна маса - це фізична величина, яка дорівнює відношенню маси атома речовини до 1/12 маси атома карбону.

3. Відносна атомна маса - це скалярна величина.

4.. Відносна атомна маса - це масове число у таблиці Менделєєва

5. [Мr] = а. о.м. (атомна одиниця мас) 1а. о.м.=1,66·10-27 кг.

*Додавши відносні атомні маси атомів, які входять до складу молекули, можна обчислити відносну молекулярну масу. Наприклад, відносна молекулярна маса води Мr(Н20) = 2+16=18а. о.м.

Кількість речовини n (ф. в.)

1. Кількість речовини – характеризує відносну кількість молекул у тілі.

2. Визначення. Кількість речовини - це фізична величина, яка чисельно дорівнює кількості молекул у тілі.

3. Кількість речовини – це скалярна величина.

4. ν=N/NА; , де m - маса речовини; m - молярна маса; N - кількість молекул у тілі; NА - число Авогадро.

Для газів, які знаходяться при нормальних умовах (t=0°C; p=105Па) ν=V/Vμ, де Vm - молярний об’єм (об’єм одного моля газу); Vm = 22,4·10-3 м3/моль.

5. [n]=моль.

6. Один моль - це кількість речовини, в якій міститься стільки ж молекул, скільки їх міститься у 0,012 кг карбону.

Число Авогадро NA (ф. в.)

Число Авогадро - це кількість молекул в одному молі речовини. NA=6,02·1023 1/моль.

Молярна маса речовини m (ф. в.)

1. Молярна маса речовини - це характеристика інертних властивостей речовини.

2. Визначення. Молярна маса речовини - це маса одного моля речовини.

3. Молярна маса речовини - це скалярна величина.

4. m = Mr·10-3.