základné poznatky molekulovej fyziky a termodynamiky · molekulová fyzika termodynamika...

Molekulová fyzikaTermodynamika

Štruktúra a vlastností plynov

Základné poznatky molekulovej fyziky atermodynamiky

Opakovanie uciva II. rocníka, Téma 1.

A. Saleh

Príprava na maturity z fyziky, 2008

Saleh Molekulová fyzika a termodynamika

Outline

1 Molekulová fyzikaPredmet Molekulovej fyzikyKinetická teória stavby

2 TermodynamikaVnútorná energia a jej formyOstatné velicinyPrvý termodynamický zákon

3 Štruktúra a vlastností plynovStredná kvadratická rýchlost’

Predmet Molekulovej fyzikyKinetická teória stavby

Metódy skúmania vlastností látok.

Termodynamická metódavychádza z opisu javov, meraní velicín a neopiera sao nijaký model casticového zloženia látok

Štatistická metóda:vychádza z vnútornej štruktúry látok a ich vlastnostivysvetl’uje ako dôsledok pohybu a vzájomného pôsobeniacastíc (využíva poznatky z teórie pravdepodobnostia matematickej štatistiky)

Kinetická teória stavby látok.

Kinetická teória sa zakladá na troch experimentálne overenýchpoznatkoch:

1 Látka má diskrétnu štrukúru.Skladá sa z castíc - molekúl,atómov, alebo iónov.

2 Castice vykonávajú ustavicný neusporiadany pohyb, tátoforma pohybu sa nazýva tepelný pohyb.

3 Castice na seba navzájom pôsobia prít’ažlivými a súcasneodpudivými silami; vel’kost’ týchto síl závisí od vzdialenostimedzi casticami

Dôkazy neusporiadaného pohybu castíc v látkach.

Difúzia:Tlak plynu:Brownow pohyb

Difúzia:samovol’né prenikanie castíc jednej tekutiny medzi casticedruhej tekutiny, zaprícinené neusporiadaným pohybom castíc.

Tlak plynu:neustály pohyb molekúl plynu uzavretého v nádobe spôsobujeustavicné zrážky týchto molekúl s molekulami vnútorných stiennádoby (príp. molekulami povrchu telesa, ktoré sú vnútri plynu)

Brownow pohyb

Neusporiadaný pohyb castíc danej látky,pricom každý zmožných smerov pohybu je rovnako pravdepodobný

Vnútorná energia a jej formyOstatné velicinyPrvý termodynamický zákon

Castice v silovom poli susedných castíc.

F k2 k 0 r0 r k1

F - sila medzicasticamir - vzdialenost’medzi casticamik1 - graf prít’ažlivejsilyk2 - graf odpudivejsilyk - graf výslednejsilyr0 - rovnovážnapoloha castíc

Rovnovážny stav termodynamickej sústavy

Termodynamická sústava: skupina telies ktorých stavskúmame.Stavové veliciny: ako sú tlak, teplota, objem, energia.Izolovaná sústava speje do rovnovážneho stavu.

Vnútorná energia telesa

U = Ek + Ep

Potenciálna e. castíc Ep je mierou prít’ažlivých síl medzicasticamiKinetická e. castíc Ek je mierou pohybu castícDeje pri korých sa mení vnútorná energia telies môžemerozdelit’ na

konaním prácetepelnou výmenou. Energiu ktorú odovzdá teplejšie telesochladnejšiemu nazývame teplo. Jednotkou je joule.

U = Ek + Ep

Modely štruktúr látok rozlicných skupenstiev

Pevná látkaU .= EpEk

.= 0Kvapalná látka

U = Ep + EkEk

Plynná látkaU .= EkEp

Plazma

U = Ep + EkEk

Plazma

U = Ep + EkEk

Plazma

U = Ep + EkEk

Plazma

Termodynamická teplota

Teplota: je funkcia stavu látkyCelziova teplotná stupnica:Termodynamická teplotná stupnica:

odvodená od trojného bodu vody. Tr = 237, 16Kt = T − 273.15

Látkové množstvo

Relatívna atómová hmotnost’ Ar :Ar = ma

mu je atómová hmotnostnákonštanta,mu = 16605 ∗ 10−27kg

Relatívna molekulová hmotnost’ Mr :Ar = ma

rovná sa súctu relatívnych hmotností atómov, ktoré tvoriamolekulu

Látkové množstvo nn = N

NA je Avogadrova koštanta, NA = 6, 021023mol−1pre molovú hmotnost’ platí: Mm = Mr ∗ 10−3kg.mol−1

Látkové množstvo

Prvý termodynamický zákon

zmena vnútornej energie sústavy U sa rovná súctu práce Wvykonanej okolitými telesami, ktoré pôsobia na sústavu silamia tepla Q odovzdaného okolitými telesami sústave.

U =W +Q

Štruktúra a vlastností plynovStredná kvadratická rýchlost’

Zákon rozdelenia molekúl podl’a rýchlostí

Zákon rozdeleniamolekúl podl’a rýchlostí

Cím je väšcí rozdielmedzi danourýchlost’ou odnajpravdepodobnejšej,tým menší je pocetmolekúl pohybujúcichsa touto rýchlost’ou.

Stredná kvadraticka rýchlost’

Rovnica

vk =√

Stredná kvadratická rýchlost’

Stredná kvadratická rýchlost’ vk je rýchlost’ou ktorou ak by sapohybovali všetky castice, nezmenila by sa ich kinetickáenergia.

Rovnica

vk =√

Odvodenie

Ek = N12

Ek =12

m0(N1v21 + N2v2

2 + N3v23 + ...+ Niv2

v2k = fracN1v2

1 + N2v22 + N3v2

3 + ...+ Niv2i N

Rovnica

vk =√

Ek =12

Ek =32

Základná rovnica M.K.T. S.L.

Stavová rovnica ideálneho plynupV = NkT

Princíp

Urcenie t’ažkomeratel’ných mikroskopických velicín, ako je Ea v z l’ahkomeratel’ných makroskopických ako je T a p

Stavová rovnica ideálneho plynupV = NkT

Odvodenie???

OdvodenieMakroskopickéveliciny:

Objem VTeplota TTlak p

OdvodenieMakroskopickéveliciny:

Objem VTeplota TTlak p

OdvodenieMikroskopické veliciny:

Pocet castíc NHustota castícNV = N

Rýchlost’ castice vvx = vy = vzN3 =

Odvodenie pV = NkT

px =∑

Odvodenie pV = NkT

px =∑

Pomocné Odvodenie∑

F = am =dpdt o

Odvodenie pV = NkT

px =∑

F = am =dpdt∑

Fx =∑

|δpx |dt

Odvodenie pV = NkT

px =∑

Fx∑Fx =

∑|δpx |dt∑

Fx =|δpx |N ′

Odvodenie pV = NkT

px =∑

Fx∑Fx =

|δpx |N ′

dt∑Fx =

2m0vxN ′

Odvodenie pV = NkT

px =∑

Fx∑Fx =

2m0vxN ′

dt∑Fx =

2m0vxSxvxdtNV

Odvodenie pV = NkT

px =∑

Fx∑Fx =

2m0vxSxvxdtNV

dt6∑Fx =

m0vxSxvxNV

Odvodenie pV = NkT

px =m0v2

x SxNV

Fx∑Fx =

m0vxSxvxNV

3∑Fx =

m0v2x SxNV

Odvodenie pV = NkT

px =m0v2

x SxNV

px =m0v2

Odvodenie pV = NkT

px =m0v2

p =m0v2

Odvodenie pV = NkT

px =m0v2

Odvodenie pV = NkT

pV = NkT

Odvodenie pV = NkT

pV = NkT

Variant B

pV = NkT

pV = nRmT

Odvodenie pV = NkT

pV = NkT

Variant B

pV = nNAkT

pV = nRmT

Odvodenie pV = NkT

pV = NkT

Variant B

pV = nRmT

pV = NkT pV = nRmT

Stavova rovnica1

p1V1 = N1kT1

p2V2 = N2kT2

pV = NkT pV = nRmT

Stavova rovnicap1

V1p2V2 =

Doporucená literatúra I

Kolektiv Autorov.Fyzika pre 2.rocník gymnázia.Bratislava, 1985.

základné poznatky molekulovej fyziky a termodynamiky · molekulová fyzika termodynamika...

Documents