Учебно-методический комплекс дисциплины «Молекулярная физика» (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА  г. Семей
Документ СМК 3 уровня	УМКД	УМКД 042-18-38.1.11/01-2015
УМКД Учебно-методические материалы по дисциплине «Молекулярная физика»	Редакция № 1 от 11сентября 2015 г.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ

«МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА»

для специальности 5В011000 «Физика»

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

г. Семей

2015 г.

Содержание

1. Глоссарий по дисциплине                                                                        3 

2. Лекции                                                                                                5

3. Практические и лабораторные занятия                                

4. Самостоятельная работа студентов                                                                        

1. ГЛОССАРИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Абсолютная температура - температура, измеренная по шкале Кельвина и отсчитываемая от абсолютного нуля.

Агрегатные состояния вещества - состояния одного и того же вещества в различных интервалах температур и давлений.

Адсорбция - явление поглощение газов и паров, а также растворенных веществ поверхностным слоем (пористых) тел (адсорбентов).

барометрической формулой – математически выраженная зависимость давления атмосферы от высоты над уровнем моря при постоянной температуре называют

внутренняя энергия термодинамической системы - совокупность всех видов энергии, которыми она обладает, за вычетом энергии поступательного движения ее как целой и потенциальной энергии системы во внешнем поле.

Вода - устойчивое в обычных условиях химическое соединение водорода и кислорода, существующее в жидком, твердом и газообразном состояниях.

Вязкость - свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.

Жидкость - тело, обладающее несжимаемостью, текучестью и подвижностью; способное изменять свою форму под воздействием внешних сил и температурных изменений

Капилляр - в физике - трубка с узким внутренним каналом

Капиллярные явления - явления, вызываемые влиянием сил межмолекулярного взаимодействия на равновесие и движение

Капля - небольшой объем жидкости, ограниченный в состоянии равновесия поверхностью вращения.

Коэффициент поверхностного натяжения - работа, необходимая для изотермического увеличения площади поверхности жидкости на 1 кв. м.

Краевой угол - угол между поверхностью твердого тела и мениском в точках их пересечения.

Мениск - часть поверхности жидкости у границы раздела жидкости и твердого тела.

Поверхностные явления - совокупность явлений обусловленных тем, что силы взаимодействия между частицами, составляющими тело, не скомпенсированы на его поверхности.

Радиометрический эффект - эффект возникновения силы, действующей на пластинку, помещенную в разреженный газ, при освещении одной из ее поверхностей.

Сверхтекучесть - явление снижения до нуля вязкости гелия при температуре ниже 2.17 K.

Сила поверхностного натяжения - сила, обусловленная взаимным притяжением молекул жидкости, направленная по касательной к ее поверхности.

Смачивание - явление, возникающее при взаимодействии жидкости с поверхностью твердого тела при их контакте, обусловленное силами притяжения и отталкивания молекул жидкости и твердого тела.

Термодинамические параметры - температура, плотность, давление, объем, удельное электрическое сопротивление и другие физические величины,

однозначно определяющие термодинамическое состояние системы; не учитывающие молекулярное строение тел  и  описывающие их макроскопическое строение.

Термодинамическое равновесие термодинамической системы - состояние термодинамической системы, в котором все макроскопические параметры системы с течением времени не меняются и в системе отсутствуют стационарные потоки теплоты, вещества и др.

Число степеней свободы - наименьшее число линейно независимых координат, которые полностью определяют положение тела в пространстве. 

2. ЛЕКЦИИ

Основные положения молекулярно-кинетической теории газов

1.1 Методы описания физических свойств вещества. Основные положения МКТ газов. Идеальный газ. Давление. Температура, термометры.  Вывод основного уравнения кинетической теории газов.

Физические тела обладают свойствами и характеристиками, которые были несущественны при описании механического движения и в механике в расчет не принимались. Существует раздел физики, описывающий свойства и поведение физических тел с учетом их строения (структуры).

Молекулярная физика на основе представлений об атомно-молекулярном строении материи, о характере движения атомов и молекул и на основе сил, действующих между этими частицами, описывает макроскопические свойства вещества в различных физических состояниях, а также закономерности перехода вещества из одного состояние в другое.

Молекулярная физика не изучает строение молекул и атомов. Этот вопрос изучается в физической химии, в атомной физике и оптике. Молекулярная физика не рассматривает также строение атомных ядер и элементарных частиц: это предмет ядерной физики и физики элементарных частиц.

Молекулярная физика и термодинамика — разделы физики, в которых изучаются макроскопические процессы в телах, связанные с огромным числом содержащихся в телах атомов и молекул. Для исследования этих процессов применяют два качественно различных и взаимно допол­няющих друг друга метода: статистический (молекулярно-кинетический) и термодинами­ческий. Первый лежит в основе молекулярной физики, второй - термодинамики.

Молекулярная физика — раздел физики, изучающий строение и свойства вещества исходя из молекулярно-кинетических представлений, основывающихся на том, что все тела состоят из молекул, находящихся в непрерывном хаотическом движении.

Идея об атомном строении вещества высказана древнегреческим философом Демо­критом (460-370 до н. э.). Атомистика возрождается вновь лишь в XVII в. и развива­ется в работах , взгляды которого на строение вещества и тепловые явления были близки к современным. Строгое развитие молекулярной теории относит­ся к середине XIX в. и связано с работами Р. Клаузиуса, Дж. Максвелла и Л. Больцмана.

Процессы, изучаемые молекулярной физикой, являются результатом совокупного действия огромного числа молекул. Законы поведения огромного числа молекул, являясь статистическими закономерностями, изучаются с помощью статистического метода. Этот метод основан на том, что свойства макроскопической системы, в конеч­ном счете, определяются свойствами частиц системы, особенностями их движения и усредненными значениями динамических характеристик этих частиц (скорости, энер­гии и т. д.). Например, температура тела определяется скоростью хаотического движе­ния его молекул, но так как в любой момент времени разные молекулы имеют различные скорости, то она может быть выражена только через среднее значение скорости движения молекул. Нельзя говорить о температуре одной молекулы. Таким образом, макроскопические характеристики тел имеют физический смысл лишь в слу­чае большого числа молекул.

Термодинамика - раздел физики, изучающий общие свойства макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и процессы перехо­да между этими состояниями. Термодинамика не рассматривает микропроцессы, кото­рые лежат в основе этих превращений. Этим термодинамический метод отличается от статистического. Термодинамика базируется на двух началах - фундаментальных за­конах, установленных в результате обобщения опытных данных.

Область применения термодинамики значительно шире, чем молекулярно-кинетической теории, ибо нет таких областей физики и химии, в которых нельзя было бы пользоваться термодинамическим методом. Однако, с другой стороны, термодинами­ческий метод несколько ограничен: термодинамика ничего не говорит о микроскопи­ческом строении вещества, о механизме явлений, а лишь устанавливает связи между макроскопическими свойствами вещества. Молекулярно-кинетическая теория и термо­динамика взаимно дополняют друг друга, образуя единое целое, но отличаясь различ­ными методами исследования.

При молекулярно-кинетическом описании явлений в молекулярной физике предполагается, что все частицы, составляющие макросистему, движутся по законам классической механики, но число таких частиц очень велико, и поэтому невозможно написать систему дифференциальных уравнений, описывающих движение такого количества частиц. Невозможно и пытаться решить такую систему уравнений. Поэтому весьма проблематично пытаться оценить траекторию, характер движения частиц, у которых скорости в пространстве и во времени меняются случайным образом.

Для решения такой проблемы молекулярной физики привлекают методы теории вероятности и математической статистики. Поэтому все физические характеристики, которые вытекают из такого исследования, играют роль усредненных по большому числу молекул величин (например, температура, давление, энергия).

Макроскопические и микроскопические методы описания явлений в молекулярной физике взаимно дополняют друг друга: невозможно излагать вопросы молекулярной физики, не обращаясь к понятиям и терминологии термодинамики. В то же время, термодинамические процессы нельзя описывать без учета атомно-молекулярных движений и взаимодействия частиц. Вопросы молекулярной физики и термодинамики сложно интерпретировать без знания законов статистической физики.