가스, 액체 및 고체에서 분자 (원자)가 움직이는 방법?

1. 기체, 액체 및 고체의 구조

분자 동역학 이론을 통해 물질이 기체, 액체 및 고체 상태에있을 수있는 이유를 이해할 수 있습니다..
가스. 가스에서 원자 또는 분자 사이의 거리는 평균적으로 분자 자체의 크기보다 몇 배 더 큽니다 (그림 8.5). 예를 들어 대기압에서 용기의 부피는 용기의 부피보다 수만 배 더 큽니다..

가스 사이의 평균 거리는 줄어들지 만 가스는 쉽게 압축되지만 분자의 모양은 변하지 않습니다 (그림 8.6).

분자는 초당 수백 미터의 엄청난 속도로 우주를 통과합니다. 그들이 충돌 할 때, 그들은 당구 공과 같은 다른 방향으로 서로 바운스합니다. 가스 분자의 약한 인력은 서로 가깝게 유지할 수 없습니다. 따라서 가스가 무한대로 팽창 할 수 있습니다. 그들은 모양이나 부피를 유지하지 않습니다.
용기 벽에 대한 분자의 수많은 영향으로 가스 압력 발생.

액체. 액체 분자는 서로 거의 가깝게 위치하므로 (그림 8.7) 액체 분자는 가스 분자와 다르게 작동합니다. 액체에는 소위 단거리 차수가 있습니다. 즉, 분자의 정렬 된 배열은 여러 분자 직경과 같은 거리에서 유지됩니다. 분자는 평형 위치 주위에서 진동하여 이웃 분자와 충돌합니다. 그녀는 때때로 또 다른 "점프 (jump)"를 만들어 새로운 균형의 위치에 도달합니다. 이 평형 위치에서, 반발력은 인력, 즉 분자의 총 상호 작용력은 0과 같습니다. 물 분자의 안정된 수명의 시간, 즉 실온에서 하나의 명확한 평형 위치에 대한 진동 시간은 평균 10-11 초입니다. 한 진동의 시간이 훨씬 짧습니다 (10-12-10-10 초). 온도가 상승하면 분자의 안정된 수명이 감소합니다..

소비에트 물리학 자 Ya.I. Frenkel에 의해 처음 확립 된 액체에서의 분자 운동의 본질은 액체의 기본 특성을 이해하는 것을 가능하게한다.
액체 분자는 서로 바로 옆에 있습니다. 부피가 감소하면 반발력이 매우 커집니다. 이것은 액체의 낮은 압축률을 설명합니다.
아시다시피, 액체는 유동적입니다. 즉 액체의 형태가 유지되지 않습니다. 이것은 다음과 같이 설명 될 수 있습니다. 외력은 초당 분자 점프 수를 눈에 띄게 변화시키지 않습니다. 그러나 한 앉은 자세에서 다른 앉은 자세로 분자가 점프하는 것은 주로 외력 작용의 방향에서 발생한다 (그림 8.8). 이것이 액체가 흐르고 용기의 형태를 취하는 이유입니다..

단단한 몸. 원자 및 액체 분자와 달리 원자 또는 고체 분자는 특정 평형 위치 주위에서 진동합니다. 이러한 이유로 고체는 부피뿐만 아니라 형태도 유지합니다. 고체 분자의 상호 작용의 잠재적 에너지는 운동 에너지보다 훨씬 큽니다..
액체와 고체 사이에는 또 다른 중요한 차이점이 있습니다. 액체는 많은 사람들과 비교할 수 있습니다. 개인은 편안하게 몸을 굽히고, 단단한 몸은 같은 사람들의 날씬한 코호트와 같습니다. 원자 또는 고체 이온의 평형 위치 중심을 연결하면 결정이라고 불리는 규칙적인 공간 격자가 나타납니다..
그림 8.9와 8.10은 식탁 용 소금과 다이아몬드의 결정 격자를 보여줍니다. 결정 원자 배열의 내부 순서는 올바른 외부 기하학적 모양으로 이어집니다..

그림 8.11은 Yakut 다이아몬드를 보여줍니다.

기체에서 분자 사이의 거리 l은 분자 크기보다 훨씬 큽니다.0: 'l >> r0.
액체 및 고체 용0. 액체의 분자는 무질서하게 배열되고 때때로 앉아있는 위치에서 다른 위치로 점프합니다..
결정 성 고체에서 분자 (또는 원자)는 엄격하게 정렬되어 있습니다..

2. 분자 운동 이론의 이상적인 기체

모든 물리 분야에 대한 연구는 항상 연구가 진행되는 프레임 워크 내에서 특정 모델의 도입으로 시작됩니다. 예를 들어, 운동학을 연구 할 때 신체의 모델은 중요한 포인트였습니다. 짐작할 수 있듯이 모델은 실제 프로세스와 절대 일치하지 않지만 종종이 대응에 매우 근접하게 접근합니다..

분자 물리학, 특히 MKT도 예외는 아닙니다. 많은 과학자들이 18 세기 이래로 모델을 설명하는 문제에 대해 연구 해왔다 : M. Lomonosov, D. Joule, R. Clausius (그림 1). 후자는 실제로 1857 년에 이상적인 가스 모델을 소개했습니다. 분자 동역학 이론에 근거한 물질의 주요 특성에 대한 질적 설명은 특별히 어렵지 않습니다. 그러나 실험적으로 측정 된 양 (압력, 온도 등)과 분자 자체의 특성, 그 수 및 속도 사이의 양적 관계를 설정하는 이론은 매우 복잡합니다. 보통 압력의 가스에서 분자 사이의 거리는 크기보다 몇 배 더 깁니다. 이 경우 분자 상호 작용의 힘은 무시할 수 있고 분자의 운동 에너지는 상호 작용의 잠재적 에너지보다 훨씬 큽니다. 가스 분자는 재료 점 또는 매우 작은 고체 볼로 생각할 수 있습니다. 복잡한 상호 작용력이 작용하는 분자 사이의 실제 가스 대신 모델을 이상적인 가스로 간주합니다..

무화과. 1. 제임스 줄, 루돌프 클라우 우스 미카 일 로모 노 소프

이상적인 가스는 가스 분자와 원자가 서로 상호 작용하지 않고 (직접 접촉하지 않고) 충돌하는 매우 작은 (소멸 크기) 탄성 볼로 표시되는 가스 모델입니다 (그림 2 참조)..

희박한 수소 (매우 낮은 압력 하에서)는 이상적인 가스 모델을 거의 완전히 만족시킵니다..

이상적인 가스는 분자 상호 작용이 무시할 수있는 가스입니다. 당연히 이상적인 가스 분자가 충돌하면 반발력이 작용합니다. 모델에 따르면 가스 분자를 재료 점으로 간주 할 수 있기 때문에 분자의 크기가 용기의 부피보다 훨씬 작다는 가정하에 분자의 크기를 무시합니다..
물리적 모델에서는 실제 시스템의 속성 만 고려한다는 점을 상기하자.이 시스템의 특성에 대해 연구 된 규칙 성을 설명하는 데 반드시 필요한 설명이 필요하다. 단일 모델이 시스템의 모든 속성을 전달할 수는 없습니다. 이제 우리는 분자 운동 이론을 사용하여 용기 벽의 이상적인 가스의 압력을 계산하는 다소 좁은 문제를 해결해야합니다. 이 작업을 위해서는 이상적인 가스 모델이 매우 만족스러운 것으로 판명되었습니다. 경험에 의해 확인 된 결과로 이어집니다.


3. 분자 동역학 이론의 가스 압력가스를 밀폐 된 용기에 두십시오. 압력계는 가스 압력 p를 보여줍니다0. 이 압력이 발생하는 방법?
벽을 치는 각 가스 분자는 짧은 시간 동안 약간의 힘으로 작용합니다. 벽에 대한 임의의 충격으로 인해 압력은 그림 8.12와 같이 시간이 지남에 따라 빠르게 변합니다. 그러나 개별 분자의 영향으로 인한 작용이 너무 약하여 압력계에 의해 기록되지 않습니다. 압력계는 민감한 요소 표면의 각 단위-막에 작용하는 시간 평균 힘을 기록합니다. 작은 압력 변화에도 불구하고 평균 압력 p0 실제로 벽에 많은 영향을 미치고 분자의 질량이 매우 작기 때문에 실제로 매우 확실한 값으로 판명되었습니다..

이상적인 가스는 실제 가스 모델입니다. 이 모델에 따르면, 가스 분자는 물질 점으로 간주 될 수 있으며 상호 작용은 충돌 할 때만 발생합니다. 벽과 충돌하면 가스 분자가 압력을가합니다..

4. 마이크로 및 매크로 가스 파라미터

이제 이상적인 가스의 매개 변수를 설명 할 수 있습니다. 그들은 두 그룹으로 나뉩니다.

이상적인 가스 매개 변수

즉, 마이크로 파라미터는 단일 입자 (마이크로 오브젝트)의 상태를 나타내고 매크로 파라미터는 가스 전체 (매크로 오브젝트)의 상태를 나타냅니다. 이제 일부 매개 변수를 다른 매개 변수 또는 MKT의 기본 방정식과 연결하는 관계를 적어 보겠습니다.

여기 :-입자의 평균 운동 속도;

정의. -가스 입자의 농도-단위 부피당 입자 수; ; 단위 -.

5. 분자 속도의 제곱 평균값

평균 압력을 계산하려면 분자의 평균 속도 (보다 정확하게는 속도 제곱의 평균 값)를 알아야합니다. 이것은 쉬운 질문이 아닙니다. 당신은 모든 입자가 속도를 가지고 있다는 사실에 익숙합니다. 분자의 평균 속도는 모든 입자의 움직임에 달려 있습니다.
평균값. 처음부터 가스를 구성하는 모든 분자의 움직임을 추적하려는 시도를 포기해야합니다. 그것들이 너무 많아서 매우 어려워집니다. 우리는 각 분자가 어떻게 움직이는 지 알 필요가 없습니다. 모든 가스 분자의 움직임이 어떤 결과를 가져 오는지 알아 내야합니다.
전체 가스 분자 세트의 운동 특성은 경험에서 알려져 있습니다. 분자는 불규칙 (열) 운동에 참여합니다. 이것은 모든 분자의 속도가 매우 높고 낮을 수 있음을 의미합니다. 분자의 충돌 방향은 서로 충돌 할 때 끊임없이 변화합니다.
개별 분자의 속도는 임의 일 수 있지만, 이들 속도의 모듈러스의 평균 값은 매우 명확하다. 같은 방식으로, 수업 시간에 학생들의 키는 같지 않지만 평균은 특정 숫자입니다. 이 수를 찾으려면 개별 학생의 키를 더하고이 수를 학생 수로 나눠야합니다..
평균 속도 제곱. 미래에는 속도 자체가 아니라 속도의 제곱의 평균값이 필요합니다. 분자의 평균 운동 에너지는이 값에 의존합니다. 곧 알 수 있듯이 분자의 평균 운동 에너지는 전체 분자 운동 이론에서 매우 중요합니다..
개별 가스 분자의 속도의 계수를 나타냅니다. 속도 제곱의 평균값은 다음 공식에 의해 결정됩니다.

여기서 N은 가스의 분자 수입니다..
그러나 모든 벡터의 계수의 제곱은 좌표축 OX, OY, OZ에서 투영의 제곱의 합과 같습니다. 따라서

수량의 평균 값은 공식 (8.9)와 유사한 공식을 사용하여 결정할 수 있습니다. 투영 제곱의 평균과 평균 사이에는 관계 (8.10)와 동일한 관계가 있습니다.

실제로, 각 분자에 대해 등식 (8.10)이 적용됩니다. 개별 분자에 대해 이러한 평등을 추가하고 결과 방정식의 양변을 분자 N의 수로 나누면 수식 (8.11)에 도달합니다..
주의! 분자의 무질서한 움직임으로 인해 3 개의 축 OX, OY 및 OZ의 방향이 동일하므로 속도 투영 제곱의 평균 값은 서로 같습니다.

알다시피, 혼란 속에서 특정 패턴이 나타납니다. 스스로 알아낼 수 있을까요?
관계 (8.12)를 고려하여 and 대신 식 (8.11)을 대체합니다. 그런 다음 속도 투영의 평균 제곱에 대해 다음을 얻습니다.

즉, 속도 투영의 평균 제곱은 속도 자체의 평균 제곱의 1/3과 같습니다. 공간의 3 차원 성으로 인해 1/3 요소가 나타나므로 모든 벡터에 대해 3 개의 투영이 존재합니다..
분자 속도는 무작위로 변하지 만 속도의 평균 제곱은 상당히 한정된 양입니다..

6. 분자 운동 이론의 기본 방정식
우리는 가스의 분자 동역학 이론의 기본 방정식을 도출합니다. 이 방정식은 분자의 평균 운동 에너지에 대한 가스 압력의 의존성을 설정합니다. XIX 세기 에이 방정식을 도출 한 후. 그리고 그 타당성의 실험적 증거는 오늘날까지도 정량적 이론의 빠른 발전을 시작했습니다..
물리학에서 거의 모든 진술의 증거, 방정식의 도출은 다양한 정도의 엄격함과 설득력으로 수행 될 수 있습니다. 매우 단순화되거나 다소 엄격하거나 현대 과학에 사용 가능한 완전한 엄격함.
가스의 분자 운동 이론 방정식의 엄격한 도출은 다소 복잡합니다. 따라서, 우리는 방정식의 매우 단순화되고 개략적 인 도출으로 제한됩니다. 모든 단순화에도 불구하고 결과는 정확합니다..
주 방정식의 도출. 좌표축 OX에 수직 인 영역 S를 갖는 선박 ABCD의 벽 CD에 대한 가스 압력을 계산합니다 (그림 8.13)..

분자가 벽에 부딪 치면 운동량이 변합니다. 분자의 속도 계수는 충격에 따라 변하지 않기 때문이다. 뉴턴의 두 번째 법칙에 따르면, 분자의 운동량의 변화는 혈관벽의 측면에서 작용하는 힘의 운동량과 동일하며, 뉴턴의 세 번째 법칙에 따르면 분자가 벽에 작용하는 힘의 운동량은 모듈러스가 같습니다. 결과적으로 분자가 벽에 미치는 영향으로 힘이 작용하여 운동량은 다음과 같습니다..

많은 분자가 있으며, 각각의 분자는 충돌시 벽에 동일한 충격을 전달합니다. 두 번째로, 그들은 벽에 충격을 전달할 것이며, 여기서 Z는이 시간 동안 벽과 모든 분자의 충돌 횟수입니다. 이 수는 분자의 농도, 즉 단위 부피당 분자 수에 직접 비례합니다. 또한, Z 수는 분자의 속도에 비례한다. 이 속도가 클수록 초당 더 많은 분자가 벽과 충돌 할 시간이 있습니다. 분자가 "고정"되면 벽과 전혀 충돌하지 않습니다. 또한 벽과 분자의 충돌 횟수는 벽 S의 표면적에 비례합니다. 또한 평균적으로 모든 분자의 절반 만이 벽쪽으로 이동한다는 점도 고려해야합니다. 나머지 절반은 반대 방향으로 움직입니다. 이것은 1 초 안에 벽에 분자가 미치는 영향의 수와 1 초 안에 벽에 전달 된 총 운동량은 다음과 같습니다.

뉴턴의 두 번째 법칙에 따르면, 단위 시간당 신체의 운동량 변화는 그에 작용하는 힘과 같습니다..
모든 분자가 동일한 속도 제곱 값을 갖는 것은 아니라는 점을 고려하십시오. 실제로, 벽에 작용하는 초당 평균 힘은 비례적인 것이 아니라 속도의 평균 제곱에 비례합니다. 식 (8.13)에 따라, 이후. 따라서 용기 벽의 가스 압력은 다음과 같습니다.

이것은 가스의 분자 운동 이론의 기본 방정식입니다.
공식 (8.14)은 분자를 특징 짓는 미세한 양과 질량 : 혼돈 운동의 속도와 함께 마노미터로 측정 할 수있는 압력과 거시적 인 양을 연결합니다.

따라서, MKT의 기본 방정식은 분자 질량의 마이크로 파라미터와 사각형의 평균 이동 속도에 대한 압력 매크로 파라미터의 직접적인 비례 의존성을 소개합니다. 즉, 입자가 무거울수록 속도가 빨라질수록 용기 벽으로 더 많이자를수록 압력이 더 커집니다.

물리학의 이전 섹션에서 일부 수식을 상기하면이 방정식을 작성하는 다른 형태가 가능합니다.

- 병진 운동의 평균 운동 에너지

물리학. 분자. 기체, 액체 및 고체 거리에서 분자 배열.

어떤 방식 으로든 분자가 고체 상태로 움직이지 않는다는 것에 동의 할 수는 없습니다..

가스에서 분자의 움직임

가스에서, 분자와 원자 사이의 거리는 일반적으로 분자의 크기보다 훨씬 더 크며, 인력은 매우 작습니다. 따라서 가스는 자체 형태와 일정한 부피를 갖지 않습니다. 원거리에서의 반발력도 작기 때문에 가스가 쉽게 압축됩니다. 가스는 무한정 팽창하여 제공된 전체 부피를 채울 수 있습니다. 가스 분자는 매우 빠른 속도로 움직이며 서로 충돌하며 서로 다른 방향으로 튀어 오릅니다. 용기 벽에 대한 분자의 수많은 영향으로 가스 압력 발생.

액체에서 분자의 움직임

액체에서 분자는 평형 위치를 중심으로 진동 할뿐만 아니라 한 평형 위치에서 인접한 위치로 점프합니다. 이러한 점프는 주기적으로 발생합니다. 이러한 점프 사이의 시간 간격은 평균 좌식 수명 (또는 평균 이완 시간)이라고하며 문자?로 표시됩니다. 다시 말해, 이완 시간은 하나의 특정 평형 위치를 중심으로 진동하는 시간이다. 실온에서이 시간은 평균 10-11 초입니다. 한 번의 진동 시간은 10-12... 10-13 s입니다..

앉아있는 수명은 온도가 상승함에 따라 감소합니다. 액체 분자 사이의 거리는 분자의 크기보다 작고, 입자는 서로 가까이 위치하고 있으며 분자간 인력이 크다. 그러나, 액체 분자의 배열이 전체 부피에 걸쳐 엄격하게 정렬되지는 않는다..

고체와 같은 액체는 체적을 유지하지만 자체 모양은 없습니다. 따라서 그들은 자신이 속한 선박의 형태를 취합니다. 액체는 유동성과 같은 특성을 갖는다. 이 특성으로 인해 액체는 모양 변경에 저항하지 않으며 수축이 적으며 물성은 액체 내부의 모든 방향 (액체의 등방성)에서 동일합니다. 액체의 분자 운동의 특성은 소련 물리학 자 야코프 일리치 프렌 켈 (Yakov Ilyich Frenkel, 1894-1952)에 의해 처음 확립되었습니다..

고체에서 분자의 움직임

고체의 분자 및 원자는 특정 순서로 배열되어 결정 격자를 형성한다. 이러한 고체를 결정질이라고합니다. 원자는 평형 위치를 중심으로 진동하며 그 사이의 인력은 매우 큽니다. 따라서 정상적인 조건에서 솔리드는 체적을 유지하고 자체 모양을 갖습니다.

분자 물리

분자 물리학은 물질의 특성이 분자 (미세) 구조에 기초하여 연구되는 물리학의 한 가지입니다..

분자 운동 이론 (MKT)은 신체를 구성하는 입자의 움직임과 상호 작용에 의해 신체의 구조와 특성을 설명하는 이론입니다..

ICT는 다음 기본 조항을 기반으로합니다.

  • 모든 몸체는 간격으로 분리 된 입자로 구성됩니다.
  • 물질의 입자는 연속적인 혼란 운동에있다.
  • 입자가 서로 상호 작용.

원자는 화학 원소의 가장 작은 입자입니다. 원자는 전기적으로 중립입니다. 원자의 크기는 약 10-10m이며 동일한 화학 원소의 원자는 동일합니다. 원자는 양으로 하전 된 핵과 음으로 하전 된 전자로 구성됩니다. 원자핵에는 양성자와 중성자가 포함됩니다. 원자가 결합하여 분자 형성.

분자는 화학적 성질을 가진 주어진 물질의 가장 안정적인 입자입니다. 분자의 크기는 10 -10 -10 -7 m이며 한 물질의 분자는 동일합니다. 분자는 전기적으로 중립.

거시적 몸체-매우 많은 수의 입자로 구성된 몸체.

거시적 변수-분자 구조를 고려하지 않고 거시적 상태를 특성화하는 양.

미세한 매개 변수-물질의 입자 (분자)의 특성 인 수량.

열 (열역학적) 평형은 열역학적 매개 변수 ( (p, V, m ) 등)가 임의로 오랫동안 변하지 않은 신체 또는 신체 시스템의 상태입니다..

가스, 액체 및 고체의 구조 모델

모든 물질은 고체, 액체 및 기체의 세 가지 응집 상태로 존재할 수 있습니다. 물질의 제 4 응집 상태는 플라즈마이다. 응집 상태는 물질이 위치한 물리적 조건에 따라 다릅니다. 물질에 몇 가지 응집 상태가 존재하면 분자의 열 운동 (원자)의 차이와 다른 조건에서의 상호 작용에 기인합니다. 응집 상태 사이의 전환은 다수의 물리적 특성 (밀도, 열전도도 등)의 급격한 변화를 동반한다. 가스, 액체 및 고체의 구조적 특징을 고려하십시오.

가스에서, 분자들 사이의 인력은 매우 작습니다. 가스 입자는 서로 먼 거리에 있습니다. 입자 사이의 거리는 입자 자체의 크기보다 훨씬 큽니다. 가스 입자는 무작위로 움직입니다. 가스 분자의 운동 에너지는 상호 작용의 잠재적 에너지보다 훨씬 큽니다. 입자 배열에는 순서가 없습니다. 이것은 가스의 다음 특성을 설명합니다 : 가스는 용기의 전체 부피를 차지하고 모양이 없으며 쉽게 압축 가능합니다..

액체 분자는 서로 강하게 상호 작용하며 서로 매우 가깝습니다. 그러나, 이러한 입자 배열은 전체 부피에 걸쳐 엄격하게 정렬되지는 않는다. 그들은 액체에서 짧은 범위의 순서가 관찰된다고 말하고있다-인접한 액체 입자들의 순서화 된 상대적 배열. 액체 분자의 상호 작용의 잠재적 에너지는 운동 에너지와 비슷합니다. 액체 분자는 평형 위치 주변에서 혼란 진동을 수행합니다. 이러한 진동은 이웃에 의해 분자에 제공되는 자유 부피 내에서 발생합니다. 일정 시간이 지나면 평형 위치가 이동하고 액체 입자가 점프합니다. 액체의 특성은 모든 방향에서 동일합니다. 액체의 주요 특성 : 액체는 일정한 부피를 갖지만 모양이 흐르지 않으며 유동성이 없으며 압축성이 거의 없습니다..

고체에서는 입자의 상호 인력이 매우 높습니다. 고체 입자는 장거리를 떠날 수 없습니다. 고체 분자의 상호 작용의 잠재적 에너지는 운동 에너지보다 큽니다. 입자의 움직임은 평형 위치에 대한 진동입니다-결정 격자의 노드.

고체는 결정질과 비정질로 나뉩니다. 결정질 고체는 공간에서 결정 격자 인 규칙적이고 반복적 인 입자 배열을 갖는다. 일반 다면체 모양의 단결정을 단결정이라고합니다. 이러한 몸체는 이방성을 특징으로합니다-방향에 대한 물리적 특성의 의존성. 대부분의 고체는 자란 단결정-다결정입니다. 다결정은 등방성-물리적 성질은 모든 방향에서 동일합니다. 결정 성 고체에서, 입자 배열에는 장거리 순서가있다 : 정렬 된 입자 배열은 결정의 전체 부피에 걸쳐 반복된다. 비정질 몸체에서 원자는 무작위로 위치한 지점을 중심으로 진동합니다. 비정질 체의 성질 : 이들은 등방성이며, 일정한 융점을 갖지 않으며 유동성을 갖는다. 비정질 체의 예는 수지, 호박색, 유리이다. 고형물의 성질 : 모양과 부피를 유지하고 약간 압축 가능하며 특정 융점을 가짐.

원자와 물질 분자의 열 운동

물질의 분자 (원자)는 우리가 고체, 액체 또는 기체 상태의 물질을 처리하는지 여부에 관계없이 항상 지속적으로 무질서하게 움직입니다. 이 운동은 물질의 온도와 관련된 내부 운동 에너지 물질의 존재를 결정합니다.

열 운동은 물질을 구성하는 입자의 무작위 혼란 운동입니다.

열 이동은 예를 들어 용기 벽의 가스 압력, 열전도율, 즉 더 가열 된 몸체에서 덜 가열 된 몸체로의 열 전달을 설명합니다..

무작위성은 열 운동의 가장 중요한 특징입니다. 분자의 좌표와 속도 (운동량)를 정확하게 결정하는 것은 불가능하므로 좌표 및 운동량의 평균 또는 확률 값이 사용됩니다. 기계 운동 중에 물체의 좌표와 운동량은 뉴턴의 역학 및 운동 방정식에 의해 엄격하게 결정됩니다..

체온은 분자의 평균 운동 에너지에 의존합니다. 입자의 열 운동 속도는 온도가 증가함에 따라 증가합니다. 실험에 따르면 물질의 온도에 관계없이 느리게 움직이는 분자와 속도가 빠른 분자가 있습니다. 빠른 속도를 가진 물질의 분자 수가 증가하면, 즉 분자의 평균 속도가 증가하면 물질의 온도도 증가한다는 것을 의미합니다.

중대한!
절대적으로 신체의 모든 분자는 분자와 원자의 열 운동에 참여하므로 열 운동의 변화와 함께 신체 자체의 상태, 다양한 특성.

브라운 운동

브라운 운동은 액체 또는 기체에 현탁 된 입자의 열 운동입니다. 1827 년에이 운동은 영국 식물 학자 R. Brown에 의해 처음 관찰되었으며, 현미경을 통해 물에 현탁 된 림프구의 포자를 검사했습니다. 브라운 운동의 강도는 시간에 의존하지 않지만 매체의 온도가 증가함에 따라 점도와 입자 크기가 감소함에 따라 증가합니다..

입자의 브라운 운동의 원인은 부유 입자에 대한 액체 (기체) 분자의 임의의 보상되지 않은 영향입니다. 매질의 분자는 혼란스럽게 움직이고, 어떤 순간에 현탁 된 입자는 불균형 한 영향을받으며, 그 강도는 크기와 방향이 지속적으로 변화합니다. 입자가 크면 분자가 모든 방향에서 골고루 밀려 제자리에 남아있게됩니다. 그러나 작은 입자는 표면이 작고 분자의 영향이 서로 균형을 이루지 않습니다. 힘의 결과는 0이 아니며 시간에 따른 크기와 방향의 변화입니다. 매질의 분자가 무작위로 움직이기 때문에 브라운 입자에 미치는 영향의 수는 빠르게 변하고 속도와 크기와 방향이 변합니다. 결과적으로 입자는 복잡한 궤적을 따라 움직입니다..

브라운 운동의 이론은 1905 년에 A. Einstein과 M. Smoluchowski에 의해 만들어졌습니다. 아인슈타인은 브라운 입자가 움직일 때 분자 변위의 평균 제곱이 운동 시간에 비례한다는 것을 증명했습니다..

1908 년 J. Perrin은 수중 수평 셀에서 액체에 불용성 인 입자의 이동과 좁은 수직 셀에서 중력장에서의 분포를 연구했습니다. 밝혀진 규칙 성은 아인슈타인의 이론을 완전히 확인했다. Perrin의 실험을 바탕으로 Avogadro 수를 충분히 정확하게 찾을 수있었습니다..

계측에서 브라운 운동은 계측기 부품 및 환경에서 원자의 열 운동으로 인해 계측기의 화살표가 흔들 리기 때문에 민감한 계측기의 정확도가 제한되는 주된 이유입니다..

확산

확산은 접촉 물질 분자가 서로 분자간 공간으로 상호 침투하는 현상입니다. 물질의 분자는 혼란스럽게 움직이므로 물질과 접촉하는 신체의 분자 간 틈에 침투하여 그들 사이에 분포합니다. 확산은 접촉 물질의 농도를 균일화시킵니다..

이 현상은 가스, 액체 및 고체에서 관찰됩니다. 확산 속도는 가스에서 가장 높고 고체에서 가장 낮습니다. 확산 속도는 온도가 증가함에 따라 증가합니다. 확산은 자연에서 필수적인 역할을합니다.

가스의 확산은 지구 표면 근처의 대기의 균일 성을 보장합니다. 확산은 식물, 동물의 정상적인 영양에 기여합니다.

원자론에 대한 실험적 증거. 물질 입자의 상호 작용

원자 론적 가설은 약 2500 년 전에 Democritus에 의해 제시되었습니다. 데카르트 (Deartes), 로모 노 소프 (Lomonosov), 뉴턴 (Newton)과 같은 과학자들은 물질이 가장 작은 불가분의 입자로 구성되어 있다고 생각했다. 그러나 그들의 작품은 그들의 존재에 대한 증거를 제공하지 않았다. 이론의 양적 실증은 Dalton, Gay-Lussac, Avogadro의 작품에서 제공되었습니다..

MKT는 수많은 실험과 관찰로 확인됩니다..

MCT의 첫 번째 위치-모든 신체는 간격으로 분리 된 입자 (원자, 분자, 이온 등)로 구성됩니다.

액체 및 고체의 증발 현상, 물질의 분리 성, 확산, 브라운 운동, 물질의 용해, 페인트 입자로 물의 착색 및 물질의 압축성 현상으로 확인됩니다. 별도의 이격 된 입자의 존재에 대한 실험적인 확인은 물질의 투과성, 압축성, 용해도 일 수있다..

간접적 증거는 전자 현미경을 사용하여 얻은 분자 및 원자 그룹의 사진, 분자의 질량 및 크기 측정-예를 들어 물 표면에 올레산 필름 형성. 이 막이 한 분자의 두께를 가지고 있다고 가정하면 분자의 직경을 얻습니다 (d ).

여기서 (V )는 올레산 한 방울의 부피이고, (S )는 수면의 필름 면적입니다..

분자의 존재는 다중 비율의 법칙을 증명합니다 (Dalton의 법칙). 다른 물질의 두 요소가 형성되면 다른 화합물의 요소 중 하나의 질량은 다중 비율입니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

갭의 존재는 상이한 액체를 혼합 할 때 혼합물의 부피가 개별 액체의 부피의 합보다 작다는 사실을 입증한다; 확산; 흉한 모습.

원자와 분자의 질량은 다음 공식에 의해 결정됩니다.

여기서 (M )은 몰 질량이고, (N_A )는 Avogadro의 상수입니다..

Avogadro의 상수는 어떤 물질의 1 몰에있는 원자, 분자 (구조 요소)의 수입니다.

몰은 탄소에 0.012 kg의 원자가있는만큼 많은 구조적 요소를 포함하는 시스템의 물질의 양과 같습니다. 몰은 국제 시스템 (SI)의 기본 단위입니다.

중대한!
어떤 물질의 1 몰은 같은 수의 입자를 포함합니다-6 10 23 입자.

분자의 질량은 매우 작기 때문에 질량의 절대 값이 아니라 상대 값의 계산에 사용하는 것이 편리합니다. 국제 협약에 따르면 모든 원자와 분자의 질량은 ( frac<1> ) 탄소 원자의 질량 (원자 질량의 탄소 스케일).

물질 (M_r )의 상대 분자 (또는 원자) 질량은 주어진 물질의 분자 (또는 원자) (m_0 )의 질량 대 ( frac)의 비율입니다<1> ) 탄소 원자의 질량 (m_ <0C>) :

모든 화학 원소의 상대 원자 질량이 정확하게 결정됩니다. 상대 원자 질량을 추가하여 상대 분자량을 계산할 수 있습니다.

거시적 몸체에 더 많은 원자와 분자가 포함되어있을수록 더 많은 물질이 포함됩니다. 거 시체의 분자 수는 많으므로 원자 또는 분자의 절대 수가 아니라 상대적인 것을 나타내는 것이 편리합니다. 주어진 몸체의 분자 또는 원자 수와 무게가 12g 인 탄소에 포함 된 원자 수를 비교하는 것이 일반적입니다..

신체의 원자 또는 분자의 상대 수는 특별한 물리량으로 특징 지어집니다 : 물질의 양.

명칭- ( nu ), SI 단위-mol.

물질의 양 ( nu )은 주어진 신체의 분자 수 (N ) 대 탄소 0.012 kg의 원자 수의 비율입니다.

물질 (M )의 몰 질량은 1 몰의 양으로 취한 물질의 질량입니다.

중대한!
SI에서 몰 질량을 측정하는 단위는 kg / mol입니다.

MKT의 두 번째 위치는 입자의 움직임입니다.

이 위치는 확산, 브라운 운동, 용기 벽의 가스 압력 존재에 의해 입증됩니다..

1860 년에 Maxwell은 가스 분자가 다른 속도로 움직인다는 결론을 내 렸습니다. 그는 가스 분자의 속도 분포 법칙을 도출했습니다. 상당수의 분자가 가장 빠른 속도로 움직입니다. 온도에 따라 다릅니다. 온도가 높을수록이 속도가 더 큽니다. 가장 빠른 속도보다 높거나 낮은 속도로 움직이는 분자의 수는 적습니다. 이론적 인 계산에 따르면이 속도는 섭씨 0도에서 초당 수백 미터입니다..

그래프에서 가로 좌표는 입자 속도 계수의 값을 나타내고 세로 좌표는 속도가 (v ) ~ (v + Delta v ) 범위에있는 분자의 상대 수를 나타냅니다 (이 비율은 ( F )).

분자의 이동 속도는 1920 년 Stern의 실험에서 실험적으로 결정되었습니다..

실험 셋업은 공통 회전축을 갖는 서로 다른 반경의 2 개의 실린더로 이루어졌으며, 이들은 고속으로 회전되었다. 은으로 코팅 된 백금 와이어가 내부 실린더의 축 상에 위치되었다. 전류가 흐르면 와이어가 가열되고은 원자가 증발합니다. 내부 실린더에 슬롯이 만들어졌습니다. 설비는 진공 상태에 놓였다.

실린더가 움직이지 않으면, 슬릿 반대쪽의 외부 실린더에은 원자가 증착된다. 실린더가 회전 될 때, 스트립은 슬롯에 대해 변위되었고 두께가 불균일했다. 이것은은 원자의 속도가 다르고 다른 속도로 움직이는 입자의 수가 동일하지 않음을 증명했습니다. 층의 두께는 특정 속도로 움직이는 입자의 수에 의해 결정됩니다.

MKT의 세 번째 위치-물질 입자는 인력과 반발력에 의해 서로 상호 작용합니다..

이 힘은 거리에 따라 다릅니다. 거리가 증가함에 따라 인력이 감소하고 반발력이 감소합니다. 입자의 상호 작용은 변형, 물질의 다양한 응집 상태의 존재, 고체의 모양 및 부피의 보존, 습윤 및 모세관 (액체의 표면 장력의 존재), 두 개의 리드 실린더를 사용한 실험, 신선한 섹션으로 서로 접지되어 상당한 하중을 견딜 수 있음을 입증합니다..

분자간 상호 작용의 힘은 본질적으로 전자 기적이지만, 일반적으로 분자는 전기적으로 중성이다 (구성 입자의 양전하와 음전하의 합은 동일 함). 직경의 2–3보다 큰 거리에서 분자의 전기장은 0과 같다고 간주 될 수 있습니다. 일반적으로 인력은 부정적이며 반발력은 긍정적 인 것으로 간주됩니다. 분자가 서로 접근 할 때, 핵의 전하와 분자의 전자 껍질의 상호 작용이 발생합니다. 분자 사이에 인력이 발생합니다. 이 경우 분자 중심 사이의 거리는 10 -9 m 정도이며, 분자가 전자 껍질로 "접촉"할 때, 더 이상의 rapprochement가 불가능 해지며 큰 반발력이 발생합니다. 분자 중심 사이의 거리는 10-10 m 정도입니다..

몸체가 신장 될 때, 입자들 사이의 거리가 증가하고 인력이 발생하고, 몸체가 압축 될 때, 입자들 사이의 거리가 더 작아지고 반발력이 작용하기 시작한다. 두 경우 모두 탄성력이 발생하여 몸을 원래 상태로 되 돌리는 경향이 있습니다..

거리에서 분자 사이의 상호 작용력의 의존성이 그림에 나와 있습니다. (F )는 상호 작용력의 투영으로, 인력의 경우 음수이고 입자가 격퇴 될 때 양의 값이며 (r )는 입자 사이의 거리입니다. 접근 할 때, 상호 작용력은 먼저 절대 값이 증가한 다음 감소합니다 (입자의 인력 영역). (r = r_0 )를 통과 할 때, 상호 작용력은 부호를 변화시키고 거리 (입자의 반발 영역)가 감소함에 따라 절대 값이 매우 빠르게 증가합니다. 거리 (r_0 )는 두 입자의 안정된 평형에 해당합니다. 어떤 방향 으로든 벗어나면 분자가 평형 상태로 돌아가는 힘이 발생합니다. 이 거리는 최소 잠재적 에너지에 해당합니다.

이상적인 가스 모델

분자 동역학 이론은 이상적인 모델, 이상적인 기체를 사용합니다..

이상적인 가스는 분자가 서로 상호 작용하지 않는 가스입니다.

이 모델은 다음 조건을 충족합니다.

  • 가스 분자는 물질 점으로 간주 될 수 있는데, 그 사이의 거리가 크기보다 훨씬 크기 때문입니다.
  • 가스 분자는 유한 한 작은 크기의 탄성 볼입니다. 그들 자신과 용기 벽 사이의 이상적인 가스 분자의 충돌은 절대적으로 탄성입니다.
  • 각 입자의 움직임은 역학의 법칙을 따릅니다.

희박 가스 (저압 및 너무 낮은 온도)는 특성상 이상적인 가스에 가깝습니다..

이상적인 기체 분자의 열 운동의 압력과 평균 운동 에너지의 관계

많은 수의 가스 분자와 운동의 무작위성은 운동의 모든 방향이 똑같이 자주 발생한다는 사실로 이어집니다. 입자 사이의 충돌로 인해 속도가 지속적으로 변경됩니다. 따라서 한 입자의 움직임을 설명하기 위해 Newton의 법칙을 사용할 수 있지만 많은 수의 입자의 움직임을 설명하기 위해 이러한 법칙을 사용할 수 없습니다. 많은 수의 입자의 거동을 설명하기 위해, 물리량의 평균 값을 찾는 데 도움이되는 확률 이론이 사용됩니다-입자 속도의 평균 값 (v ), 입자의 운동 에너지의 평균 값 (E ).

MKT의 기본 방정식은 입자를 특징 짓는 마크로 파라미터-압력과 마이크로 파라미터 사이의 관계를 설정합니다. 이상적인 가스의 압력은 분자의 농도와 속도의 평균 제곱에 의해 분자 질량의 곱에 비례합니다.

여기서 (m_0 )는 입자의 질량, (n )는 입자의 농도, ( overline )-속도의 제곱 평균값.

속도의 제곱 평균값은 다음 공식으로 구합니다.

어디서 (,개요,개요 )-각각 ОХ, ОУ 및 ОZ 축의 속도 투영 제곱의 평균값.

OX 축의 속도 투영 제곱의 평균값은 다음 공식으로 계산됩니다.

마찬가지로 OY 및 OZ 축의 속도 투영 제곱의 평균 값이 계산됩니다..

분자 운동의 무작위성으로 인해 모든 운동 방향이 동일하게 가능하므로,

승수 ( frac<1> <3>) 모든 속도 벡터에 대해 3 개의 투영이 존재하여 나타남.

중대한!
문제를 해결할 때 속도의 제곱 평균 값과 평균 제곱 속도 (v_<ск>= sqrt> ) (M / s). 속도의 제곱 평균 값의 SI 단위 측정-m 2 / s 2.

분자의 병진 운동의 평균 운동 에너지 :

이상적인 가스의 압력은 분자의 농도와 병진 운동의 평균 운동 에너지에 비례합니다.

절대 온도

열역학적 (열) 평형은 모든 거시적 매개 변수 (압력, 부피, 온도, 질량)가 임의로 오랫동안 변하지 않은 신체 또는 신체 시스템의 상태입니다.

온도는 열역학 시스템의 모든 부분에서 동일한 열역학 매개 변수입니다.

온도는 시스템의 열역학적 평형 상태를 특징으로하는 스칼라 물리량이며 신체의 분자 (원자)의 병진 운동의 운동 에너지의 척도입니다..

온도 측정의 기초는 온도에 대한 신체의 특성 (예 : 체적 또는 전기 저항)의 의존성입니다. 실제로 온도계는 액체 부피 (알코올, 수은)의 온도에 대한 의존성이 사용되는 경우가 가장 많습니다. 온도를 측정하려면 체온계와 체온을 접촉시켜야합니다. 온도계는 온도계와 열 평형 후에 만 ​​읽어야합니다. 온도계의 질량은 온도가 측정되는 신체의 질량보다 훨씬 작아야합니다.

실제로는 섭씨 온도 눈금이 일반적입니다. 그것은 두 개의 기준 (기준) 점에 따라 구성됩니다 : 얼음 녹는 온도와 물의 끓는점, 온도 (t_ <пл.>) = 0 ° C 및 (t_ <к.в.>) = 100 ° C 이 온도계의 단점은 다른 온도계와 마찬가지로 기준점을 임의로 선택하고 외부 조건에 따라 다릅니다..

절대 온도 스케일은이 단점이 없습니다. 이 스케일을 만드는 원리는 다음과 같습니다. 분자의 운동 에너지는 0보다 크거나 같을 수 있습니다. 분자의 혼란스러운 병진 운동이 멈추는 온도를 절대 영점이라고합니다. 이 값은 -273.15 ° С의 온도에 해당합니다..

온도가 절대 영점에서 측정되고 눈금이 섭씨 눈금과 같은 온도 눈금을 절대 온도 눈금 또는 켈빈 눈금이라고합니다. 그러한 규모에는 부정적인 온도가 없습니다..

명칭- (T ), SI 단위-켈빈 (K).

켈빈은 국제 단위 시스템의 기본 단위 중 하나입니다. 섭씨 온도에서 온도 (t )를 켈빈 온도 (T )로 변환 :

섭씨 온도에서 온도 (T )를 켈빈에서 온도 (t )로 변환 :

중대한!
문제를 해결할 때 온도는 항상 켈빈으로 변환된다는 것을 기억해야합니다. 섭씨 1 도와 켈빈 1 도는 같습니다. 따라서 절대 온도 값은 해당 온도 (섭씨)보다 273도 높습니다. 그러나 절대 온도의 변화는 섭씨 온도의 변화와 같습니다 : ( Delta T = Delta t ).

가스 온도와 입자의 평균 운동 에너지의 관계

온도-거시적 시스템의 내부 상태 특성-열 평형 상태.

중대한!
온도는 열 평형에서 열역학 시스템의 모든 부분에서 동일한 열역학 매개 변수입니다. 열 접촉 상태의 몸체 온도가 동일.

실험적으로 열 평형에서 압력 대 농도의 비율은 모든 가스에서 동일하다는 것이 밝혀졌습니다. 즉, 태도

온도 특성이 있습니다. 그러나 여기서 ( Theta )의 단위가 줄 (joule)이고 온도가 전통적으로도 단위로 측정된다는 사실 때문에 불편 함이있다. 따라서 압력 대 농도의 비율은 절대 온도에 비례하는 것으로 간주됩니다.

비례 계수를 볼츠만 상수라고합니다. 이 상수는 에너지 단위 (줄)의 온도와 켈빈의 온도를 나타냅니다.

볼츠만 상수의 수치 (k = 1.38 cdot10 ^ <-23>) J / K. 그런 다음 MKT의 기본 방정식을 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

이 방정식에서 가스 압력은 분자의 농도와 절대 온도에 비례합니다. 이 방정식을 쓰면 입자의 평균 운동 에너지 (E)를 통해 평균 운동 에너지와 온도 사이의 관계를 얻을 수 있습니다.

절대 온도는 입자의 열 운동의 평균 운동 에너지에 직접 비례하는 양입니다.

입자 속도의 경우 다음 공식을 작성할 수 있습니다.

여기서 (m_0 )는 입자의 질량, (M )은 몰 질량, (R )는 보편적 인 가스 상수.

방정식 p = nkT

절대 온도 개념을 사용하여 MKT의 기본 방정식은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

동일한 압력과 온도에서 모든 가스의 분자 농도는 동일하다는 것이이 공식에 따릅니다. 같은 온도와 압력에서 같은 부피의 가스는 같은 수의 입자를 포함합니다 (Avogadro의 법칙).

멘델레예프-Clapeyron 방정식

질량 (m ), 압력 (p ), 부피 (V ) 및 온도 (T )를 갖는 가스의 매크로 매개 변수 사이의 관계를 설정하는 방정식을 이상적인 가스의 상태 방정식이라고합니다..

Clapeyron은 일정한 질량의 가스로 가스 압력과 부피의 생성물 대 절대 ​​온도의 비율이 일정하게 유지됨을 발견했습니다.

이것은 이상적인 가스에 대한 상태 방정식을 작성하는 형태 중 하나입니다. 가스를 정상 대기압에서 273 K의 온도에서 1 몰의 양으로 섭취하면 부피는 0.0224 m 3입니다. 그런 태도

이 값은 (R )로 표시되며 범용 가스 상수라고합니다.

그런 다음 이상적인 가스 1 몰에 대한 Clapeyron 방정식은 다음과 같이 작성됩니다.

몰수와 같은 양의 물질의 경우 :

이 형태에서 이상적인 가스의 상태 방정식은 D.I. Mendeev에 의해 처음 작성되었습니다. 이 공식을 Mendeleev-Clapeyron 방정식이라고합니다..

등온 공정 : 등온, 등변 성, 등압, 단열 과정

isoprocess는 일정한 가스 질량과 시스템 상태 매개 변수 중 하나의 일정한 값에서 발생하는 프로세스입니다..

등온 공정-일정한 온도와 일정한 가스 질량에서 발생하는 열역학적 공정.

등온 과정은 Boyle-Mariotte 법칙을 준수합니다. 항온에서 주어진 가스 질량에 대해 압력과 부피의 숫자 값의 곱은 일정합니다.

중대한!
프로세스가 느리면 등온으로 간주 될 수 있습니다. 예를 들어, 연못의 바닥에서 표면으로 기포의 상승.

그래프에서 등온 과정은 등온선이라는 곡선으로 표시됩니다..

다른 등온선은 다른 온도에 해당합니다. 같은 부피의 경우, 더 높은 온도의 가스는 더 많은 압력을 생성합니다. 이것은 온도가 높을수록 축의 등온선이 높아짐을 의미합니다 ( ((p, V) ).

좌표축 (p (T) ) 및 (V (T) )에서 등온 과정의 그래프는 다음과 같습니다.

등압 공정-일정한 가스 질량 및 일정한 압력에서 발생하는 열역학적 공정.

등압 과정은 Gay-Lussac 법칙을 준수합니다. 일정한 압력에서 주어진 가스 질량은 절대 온도에 정비례합니다 :

체적의 온도에 대한 의존성 그래프 에서이 과정은 직선으로 표시됩니다. 등압선은 항상 원점을 ((V, T) ) 축에 둡니다..

절대 영점을 달성 할 수 없으므로 등각 선은 원점에서 점선으로 그려집니다..

다른 등압선은 다른 압력에 해당합니다. 같은 온도에서 가스의 부피가 작을수록 더 많은 압력이 발생합니다. 이것은 압력이 높을수록 축의 등압선이 낮아짐을 의미합니다. ((V, T) ).

좌표축 (p (T) ) 및 (p (V) )에서 등압 과정의 그래프는 다음과 같습니다.

중대한!
외부 압력이 변하지 않으면 공정이 등압으로 간주 될 수 있습니다.

등방성 프로세스는 일정한 가스 질량과 일정한 부피로 발생하는 열역학적 프로세스입니다..

isochoric 프로세스는 Charles의 법칙을 준수합니다. 일정한 부피로 주어진 가스 질량의 압력은 절대 온도에 직접 비례합니다.

온도에 대한 압력의 의존성 그래프 에서이 과정은 직선으로 표시됩니다. Isochora는 항상 원점을 ((p, T) ) 축에 둡니다. 절대 제로는 달성 할 수 없으므로, 이소 코레는 점선으로 원점에서 그려집니다..

다른 isochore는 다른 볼륨에 해당합니다. 같은 온도에서 가스의 부피가 작을수록 더 많은 압력이 발생합니다. 따라서 같은 온도에서 부피가 클수록 이소 코레가 낮아집니다 (축 (p, V )).

좌표축 (V (T) ) 및 (p (V) )에서 등압 과정의 그래프는 다음과 같습니다.

중대한!
폐쇄 된 용기에서 발생하는 경우 공정은 동위 원소로 간주 될 수 있습니다..

단열 공정-환경과 열 교환없이 발생하는 열역학적 공정.

단열 공정은 시스템의 단열 효과가 우수합니다. 빠르게 발생하는 가스 압축 또는 팽창 공정은 단열로 분류 될 수 있습니다. 가스가 빠르게 압축되면 작업이 소비되어 내부 에너지가 증가하고 온도가 상승합니다. 온도가 상승한 몸체는 일정량의 열을 환경으로 전달해야하지만 열 전달 프로세스에는 시간이 걸리므로 압축 (또는 팽창)이 빠르므로 열이 주어진 부피 ( (Q ) = 0)에서 확산되는 시간이없고 프로세스 단열재로 간주 될 수 있습니다.

단열 과정 동안 가스의 부피에 대한 압력의 의존성은 단열판 (adiabat)이라 불리는 곡선으로 그래프에 그려져 있습니다. 단열 압축을 사용하면 온도 증가로 인해 부피가 감소함에 따라 가스 압력이 더 빠르게 증가합니다. 아디 바트와 등온선 이미지의 차이는 아디 바트가 숫자 2로 표시되고 등온선이 숫자 1로 표시되는 그림으로 나타납니다..

자연의 단열 과정의 예는 구름의 형성입니다.

"Mendeleev-Clapeyron 방정식"및 가스 법칙에 대한 문제를 해결할 때 다음과 같은 문제 그룹이 구별됩니다.

  • 질량 변화없이 한 상태에서 다른 상태로 이상적인 기체 전환.
  • 가스 상태는 변하지 않지만 질량은 변합니다..
  • 가스의 질량과 상태 모두.

첫 번째 그룹의 문제를 해결하기위한 알고리즘 :

  • 특정 공정에 어떤 가스가 관여하는지 확인
  • 가스의 각 상태를 특징 짓는 파라미터 p, V 및 T를 결정하고;
  • 이 상태에 대한 결합 가스 Clapeyron의 법칙을 적어 라. 세 매개 변수 중 하나가 변경되지 않은 경우 Clapeyron 방정식은 자동으로 세 가지 가스 법칙 중 하나로 바뀝니다.
  • 수학적으로 모든 보조 조건을 기록하십시오.
  • 미지의 양에 대해 결과 방정식 시스템을 풀고;
  • 솔루션 확인.

두 번째 그룹의 문제를 해결하기위한 알고리즘 :

  • 고려중인 프로세스에 어떤 가스가 관여 하는지를 확립하고;
  • 가스의 각 상태를 특징 짓는 파라미터 p, V 및 T를 결정하고;
  • 각 가스의 각 상태 (여러 개가있는 경우)에 대해 Mendeleev-Clapeyron 방정식을 작성하십시오. 가스 혼합물이 주어지면이 방정식은 각 구성 요소에 대해 작성됩니다. 개별 가스의 압력 값과 혼합물의 결과 압력 사이의 관계는 Dalton의 법칙에 의해 확립됩니다.
  • 수학적으로 문제의 추가 조건을 적어 둡니다.
  • 미지의 양에 대해 결과 방정식 시스템을 풀고;
  • 솔루션 확인.

세 번째 그룹의 문제를 해결하기위한 알고리즘 :

  • 문제 설명과 초기 데이터를 신중하게 분석하십시오.
  • 어떤 가스 매개 변수가 변하고 어떤 가스 매개 변수가 일정하게 유지되는지;
  • 내재적으로 설정된 매개 변수에주의하십시오.
  • 가스의 각 상태에 대한 Mendeleev-Clapeyron 방정식을 쓰십시오.
  • 수학적으로 문제의 추가 조건을 적어 둡니다.
  • 미지의 양에 대해 결과 방정식 시스템을 풀고;
  • 솔루션 확인.

포화 및 불포화 증기

밀폐 된 용기에서 액체가 증발 할 때, 분자가 계속 증기를 통과하지만 잠시 후에 액체의 양이 감소하는 것을 멈 춥니 다. 이 경우 증발 과정과 함께 증기를 액체 응축으로 변환하는 과정이 있습니다. 이것은 액체로부터 유출되는 분자의 수가 증기로부터 액체로 되돌아 오는 분자의 수와 동일 할 때 액체와 그 증기가 동적 평형 상태에 있다는 것을 의미한다. 동적 평형 상태에서, 증발 및 응축 속도는 동일하다. 이 순간부터 액체의 양과 증기는 변하지 않습니다. 액체와 평형 증기는 포화라고합니다.

온도가 상승함에 따라 포화 증기압 및 밀도가 증가하고 열팽창으로 인해 액체의 밀도가 감소합니다. 액체와 증기의 물리적 차이가 사라지는 온도를 임계 (T_ <кр.>). 임계 온도와 같은 온도에서 (T_ <кр.>) 주어진 물질에 대해 증기와 액체의 밀도는 동일해진다. (T geq T_의 경우 <кр.>) 액체와 포화 증기의 물리적 차이가 사라짐.

포화 증기 특성

일정한 온도에서 주어진 액체의 포화 증기압은 일정한 값이며, 증발 액체 위의 공간의 부피에 의존하지 않습니다. 이것은 일정한 온도에서 포화 증기의 밀도가 일정하다는 것을 의미합니다.

  • 포화 증기의 압력과 밀도는 같은 온도에서 액체마다 다릅니다. 휘발성 액체는 더.
  • 포화 증기압-주어진 온도에서 주어진 액체의 최고 증기압.
  • 증발 액체 위에 다른 가스가 존재하면이 액체의 포화 증기의 압력과 밀도에 영향을 미치지 않지만 증발 과정을 느리게합니다..
  • 포화 증기 압력 (p_ <нас.>) 주어진 물질의 온도에만 의존하며 부피에 의존하지 않습니다..

1 초 안에 액체의 단위 표면적에서 방출되는 분자의 수는 액체의 온도에 달려 있습니다. 증기에서 액체로 되돌아 오는 분자의 수는 증기 분자의 농도와 열 운동의 평균 속도에 따라 달라지며 증기의 온도에 의해 결정됩니다. 이로부터 주어진 물질에 대해 액체와 증기 사이의 평형에서 증기 분자의 농도는 온도에 의해 결정된다. 증발 과정과 온도 상승에 따른 응축 과정 사이의 동적 평형 설정은 증기 분자의 높은 농도에서 발생합니다.

가스 (증기)의 압력은 농도와 온도에 의해 결정되므로 포화 증기의 압력 (p_ <нас.>주어진 물질의 )는 온도에만 의존하며 부피에 의존하지 않습니다..

불포화 증기 ((T)가 등압 압축되면 포화 증기압과 같아 질 때까지 압력이 증가합니다. 부피가 더 감소하면 용기의 바닥에 액체가 형성되고 액체와 포화 증기 사이에 동적 평형이 형성됩니다. 대부분의 증기는 응축되지만 압력은 변하지 않습니다. 모든 증기가 액체로 변할 때 액체의 압축률이 낮아서 부피가 더 줄어들면서 압력이 급격히 상승합니다..

포화 증기압은 주어진 온도에서 부피와 무관합니다. 부피가 변하면 동적 평형이 확립 될 때까지 응축이 증발보다 우세하거나 그 반대가됩니다..

압력 (p_ <нас.>) 포화 증기는 온도가 상승함에 따라 매우 빠르게 증가한다. 의존성 (p_<нас.>(T) )는 이상적인 가스 법칙에서 얻을 수 없습니다. 일정한 농도의 분자에서 가스 압력은 온도에 정비례하여 증가합니다. 포화 증기에서는 온도가 상승함에 따라 분자 운동의 평균 운동 에너지뿐만 아니라 농도도 증가합니다. 따라서 온도가 증가함에 따라 포화 증기의 압력이 일정한 농도의 분자에서 이상적인 가스의 압력보다 빠르게 증가합니다..

그림은 온도에 대한 포화 증기압의 의존성을 보여줍니다. 섹션 AB (용기 내의 증기 및 액체)에서, 압력은 온도의 증가와 입자 속도의 증가로 인해 증가합니다. BC 섹션 (용기의 증기 및 액체)에서 온도는 온도 상승과 증기 분자의 농도 증가로 인해 압력이 증가합니다. 섹션 CD (용기 내에 증기 만 있음)는 증기 분자의 속도 증가로 인해 압력이 증가하는 상태에 해당합니다..

포화 증기의 질량, 부피, 압력 및 온도 사이의 관계는 이상적인 가스와 동일하지 않습니다. 증기가 일부 공정에서 포화 상태를 유지하면 질량이 변하기 때문입니다. 등온 압축 동안 포화 증기는 부분적으로 응축되어 압력이 일정하게 유지됩니다. 등방성 냉각을 사용하면 포화 증기가 부분적으로 응축되고 압력이 낮아지고 저온에서 포화 증기의 압력과 같아집니다.

불포화 증기는 이론적으로 실제 가스에 대한 일반적인 제한 하에서 이상적인 가스에 대한 상태 방정식을 사용하여 설명 할 수 있습니다. 증기 압력이 너무 높아서는 안되며 (실제로 (p ) ≤ (10 6 –10 7) Pa) 온도가 특정보다 높아야합니다. 각 물질에 대한 특정 가치. 이상적인 가스의 법칙은 포화 증기에도 대략적으로 적용될 수 있습니다.

대기 습도

대기 습도는 대기 중의 수증기 함량을 특징으로하는 물리적 양입니다. 절대 습도와 상대 습도 구분.

절대 습도는 주어진 조건에서 1m 3의 공기에 포함 된 수증기의 질량과 동일한 물리적 양입니다. 일반적으로 SI 단위가 아니라 g / m 3으로 계산됩니다. 기상학에서 절대 습도는 수은의 압력에 의해 추정되며 수은의 밀리미터로 표시됩니다.

상대 습도는 주어진 온도에서 1m 3의 공기를 포화시키는 데 필요한 수증기 양에 대한 절대 습도의 비율입니다.

지정- ( varphi ), 측정 단위-%.

상대 습도는 공기 중의 수증기가 포화 상태에 얼마나 가까운지를 나타냅니다. 상대 습도 계산 공식 :

여기서 (p_ <пар>)-주어진 온도에서 공기의 수증기 분압 (p_ <нас>)-같은 온도에서 포화 증기압.

살아있는 유기체에 의한 증발 강도와 수분 손실은 상대 습도에 달려 있습니다. 40-60 %의 습도는 인간에게 편안합니다.

이슬점은 공기 중의 수증기가 포화되는 온도입니다..

습도를 측정하려면 다음을 사용하십시오.

  • 수분의 증발 속도에 대한 습도의 의존성에 기초한 정신 측정계;
  • 공랭 (노점 측정) 동안 이슬점 온도의 사용에 기초한 습도계;
  • 습도 변화에 따른 모발의 신장에 기초한 모발 습도계;
  • 습도 변화에 따른 반도체 저항 변화에 따른 전자식 수분 측정기.

사이코 미터는 두 개의 온도계로 구성됩니다-건조는 공기의 온도를 나타내며 젖은 곳은 젖은 천으로 싸여 있습니다. 심리 측정 표에 따라 건구 온도계의 판독 값에 해당하는 행과 건구 온도계와 습구 온도계 사이의 온도 차이 값에 해당하는 열을 선택하십시오. 행과 열의 교차점에서 상대 습도의 값.

습도계는 이슬점 수분 측정을 제공합니다. 이슬점을 결정하고 대기 온도를 알고 있으면, 절대 대기 습도는 온도에 대한 포화 수증기 압력의 의존성 표에서 계산됩니다..

물질의 응집 상태 변화 : 증발 및 응축, 액체 비등

특정 조건 하의 모든 물질은 고체, 액체 및 기체의 다양한 응집 상태에있을 수 있습니다. 한 상태에서 다른 상태로의 전환을 위상 전환이라고합니다..

기화는 물질을 액체에서 기체 상태로 전이시키는 과정입니다..

증발은 모든 온도에서 액체 표면에서 발생하는 증발입니다..

기화 중에 액체에서 분출 된 분자를이 액체의 증기라고합니다. 분자는 액체의 표면을 가장 빠른 속도로 (따라서 운동 에너지로) 남기므로 증발의 결과 액체의 온도가 내려갑니다. 증발 속도는 액체의 유형, 온도, 액체의 표면적 및 방출 된 분자의 제거에 달려 있습니다.

응축은 증발의 반대입니다. 응축시 증기 분자는 액체로 돌아갑니다.

비등은 액체의 부피 전체에서 발생하는 강렬한 증발 과정입니다.

액체에는 항상 작은 증기 기포가 있습니다. 기포 내부의 증기가 포화 상태입니다. 액체의 온도가 상승함에 따라 기포의 증기압이 증가하고 부피가 증가합니다. 아르키메데스 힘의 작용에 의해, 기포가 표면으로 뜬다. 기포 내부의 포화 증기 압력이 외부 압력과 같으면 액체가 끓습니다..

중대한!
액체의 비등은 포화 증기의 압력이 외부 압력과 같아지는 온도에서 시작됩니다.

끓는점은 포화 증기의 압력이 외부 압력과 동일한 액체의 온도입니다.

비점은 외부 압력이 증가함에 따라 상승하고 감소함에 따라 감소합니다. 정상 대기압에서 물은 100 ° C의 온도에서 끓습니다. 이는이 온도에서 포화 수증기의 압력이 1 atm 또는 10 5 Pa임을 의미합니다. 산을 오르면 대기압이 감소하므로 물의 끓는점이 줄어 듭니다 (고도 300m마다 약 1 ° C). 고도 7km에서 압력은 약 0.4 기압이며 비점은 70 ° C로 떨어집니다..

중대한!
밀폐 된 용기에서 액체는 끓일 수 없습니다. 각 온도 값에서 액체와 포화 증기 사이에 평형이 확립되기 때문입니다.

끓는 동안 액체의 온도는 일정하게 유지됩니다 (외부 압력이 변하지 않는 경우). 그래프에서 섹션 1–2가 액체의 가열이고 섹션 2–3이 끓는 것을 볼 수 있습니다. 액체에 공급되는 열은 증발에 소비됩니다.

비등점으로 가열 된 액체를 증기로 변환하는 데 필요한 열량은 다음 공식으로 계산됩니다.

여기서 (L )는 물질의 기화열이고, (m )는 물질의 질량입니다..

물질의 기화 비열은 일정한 온도에서 1kg의 액체를 증기로 변환하는 데 필요한 열량과 동일한 물리적 양입니다..

SI-J / kg 단위의 비열 증발 측정 단위.

증기가 응축되면 같은 양의 열이 방출됩니다.

물질의 응집 상태 변화 : 용융 및 결정화

용융-물질을 고체 상태에서 액체로 전이시키는 과정.

고체가 녹 으려면 열이 공급되어야합니다. 고형물의 녹는 점은 녹는 점이라는 특정 온도에서 발생합니다. 융점은 외부 압력에 따라 다릅니다.

용융시, 결정 격자의 노드에 위치한 입자의 진동 진폭은 증가하고 입자 사이의 거리와 비교 될 수있게된다. 물질 입자의 인력이 약해집니다. 결과적으로, 결정 격자의 파괴는 용융 공정 동안 발생한다. 용융 공정에서, 고체는 고체 상태 및 액체 상태로 동시에 존재한다. 녹을 때 체온은 변하지 않으며 녹는 온도와 같습니다..

물질을 녹이기 위해서는 열이 공급되어야합니다. 용융에 필요한 열량은 다음 공식으로 계산됩니다.

여기서 ( lambda )는 물질의 비 융합 열이고, (m )는 물질의 질량이다..

물질의 비 융합 열은 융점에서 1 kg의 결정질 물질을 동일한 온도의 액체로 변환하는 데 필요한 열량과 동일한 물리적 양입니다..

SI 단위의 측정 단위-J / kg.

결정화 (고화)-물질을 액체 상태에서 고체로 전이.

융점과 동일한 일정한 온도에서 결정화가 일어난다. 결정화는 결정화 중심-불순물, 먼지 입자 근처에서 시작됩니다. 그들 근처에서 입자 배열과 결정 격자의 형성에서 구조의 순서가 시작됩니다. 결정화에는 열 방출이 동반됩니다.

상 전이의 에너지 변화

모든 물질은 기체, 액체 및 고체의 세 가지 응집 상태 (단계) 일 수 있습니다. 한 응집 상태 (상)에서 다른 상태로 물질이 전이 될 수 있습니다. 이러한 전이를 위상 전이라고합니다..

상 전이는 물질의 급격한 변화와 함께 외부 조건 (온도, 압력)이 변할 때 한상에서 다른 상으로 물질이 전이되는 것을 말합니다..

다음과 같은 상 전이가 구별됩니다 : 용융 및 결정화, 기화 및 응축.

중대한!
일정한 압력에서 한상에서 다른 상으로 물질의 전이는 엄격하게 정의 된 온도에서 발생합니다. 상 전이 동안 내부 에너지 변화.

녹기 위해서는 몸에 일정한 양의 열이 필요합니다. 물질이 녹는 점까지 가열되면, 공급 된 에너지는 입자의 속도를 증가시키는 데 소비됩니다. 이것은 녹는 점까지 가열되면 물질의 온도와 내부 에너지가 증가한다는 것을 의미합니다. 녹는 과정에서 신체에 공급되는 에너지는 분자간 인력의 힘을 극복하기 위해 작동합니다. 이는 고체 상태에서 액체 상태로 전이하는 동안 물질 입자 사이의 평균 거리가 증가하기 때문입니다. 이 경우 입자의 이동 속도가 변하지 않으므로 물질의 온도가 일정하게 유지됩니다.

입자의 운동 에너지는 변하지 않지만 입자 상호 작용의 잠재적 에너지가 증가함에 따라 내부 에너지가 증가합니다. 액체 상태의 물질은 고체보다 내부 에너지가 더 많습니다.

열량에 대한 결정체 온도의 의존성의 그래프는 다음과 같습니다..

이 그래프에서 섹션 AB는 결정체의 가열, 섹션 BC-용융, 섹션 CD-액체 가열에 해당합니다..

물질의 온도가 녹는 점으로 떨어지면 결정화가 발생합니다-물질이 액체상에서 고체상으로 전이됩니다. 결정화 동안, 용융되는 동안 흡수 된 것과 동일한 양의 열이 방출된다. 결정화 과정 동안 온도는 일정하게 유지됩니다. 분자간 결합 및 결정 격자의 복원.

결정화 과정에서 내부 에너지가 감소합니다. 몸체가 열량을 방출하면 그래프의 DC 섹션은 액체 냉각에 해당하고 CB 섹션은 결정화에 해당하며 BA 섹션은 결정체의 냉각에 해당합니다..

비등 과정을 수행하려면 액체에 열을 공급해야합니다. 끓는점까지 가열되면 액체 분자의 속도가 증가하여 액체의 온도와 내부 에너지가 증가합니다..

끓는 동안 액체의 온도는 변하지 않으며 입자의 상호 작용의 잠재적 에너지가 증가하여 내부 에너지가 증가합니다 (입자 사이의 거리가 증가 함). 입자의 운동 에너지는 일정하게 유지됩니다. 응축 중에는 잠재적 에너지가 감소하기 때문에 증기 분자의 내부 에너지가 감소합니다 (입자의 운동 에너지는 변하지 않음).

수열 또는 주어진 열량에 대한 액체 온도의 의존성 그래프는 다음과 같습니다..

그래프에서 CD 섹션은 액체 가열, DE 섹션-비등, EF 섹션-증기 가열에 해당합니다..

몸체가 열량을 방출하면 FE 섹션은 증기의 냉각, ED 섹션-응축, DC 섹션-액체 냉각에 해당합니다..

녹내장에 대해 아는 것이 중요합니다