08. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории (Ерюткин Е. С.)

Идеальный газ

Изучение любой области физики всегда начинается с введения некой модели, в рамках которой идет изучение в дальнейшем. Например, когда мы изучали кинематику, моделью тела была материальная точка, когда изучали планетарные движения, планеты принимались за сферы и т. д. Как вы уже догадались, модель никогда не будет соответствовать реально происходящим процессам, но часто она очень сильно приближается к этому соответствию.

Молекулярная физика, и в частности МКТ, не является исключением. Над проблемой описания модели работали многие учёные, начиная с восемнадцатого века: М. Ломоносов, Д. Джоуль, Р. Клаузиус (рис. 1-3). Последний, собственно, и ввёл в 1857 году модель идеального газа.

Определение. Идеальный газ – модель газа, в рамках которого молекулы и атомы газа представлены в виде очень маленьких (исчезающих размеров) упругих шариков, которые не взаимодействуют друг с другом (без непосредственного контакта), а только сталкиваются (см. рис. 4).

Следует отметить, что разреженный водород (под очень маленьким давлением) практически полностью удовлетворяет модели идеального газа.

Микро- и макропараметры газа

Теперь можно приступить к описанию параметров идеального газа. Они делятся на две группы:

То есть микропараметры описывают состояние отдельно взятой частицы (микротела), а макропараметры – состояние всей порции газа (макротела). Запишем теперь соотношение, связывающее одни параметры с другими, или же основное уравнение МКТ:

Здесь:  - средняя скорость движения частиц;

Определение.  – концентрация частиц газа – количество частиц, приходящихся на единицу объёма; ; единица измерения –.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории

Таким образом, основное уравнение МКТ вводит нам прямо пропорциональную зависимость макропараметра давления от микропараметров массы молекулы и средней скорости движения в квадрате. То есть чем тяжелее частицы и чем больше их скорости, тем сильнее они врезаются в стенки сосуда и тем большее оказывают давление.

Возможны и другие формы записи этого уравнения, если вспомнить некоторые формулы из более ранних разделов физики:

- средняя кинетическая энергия поступательного движения

Или же:

 – плотность газа

На следующем уроке мы займёмся решением задач на тему основного уравнения молекулярно-кинетической теории.

Список литературы

1. Мякишев Г. Я., Синяков А. З. Молекулярная физика. Термодинамика. – М.: Дрофа, 2010. 

2. Генденштейн Л. Э., Дик Ю. И. Физика 10 класс. – М.: Илекса, 2005.

3. Касьянов В. А. Физика 10 класс. – М.: Дрофа, 2010.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «Physbook.ru» (Источник)

Домашнее задание

1. Стр. 65: №  469–473. Физика. Задачник. 10-11 классы.  Рымкевич А. П. – М.: Дрофа, 2013.

2. Почему с увеличением массы молекул увеличивается давление?

3. Почему модель идеального газа не соответствует действительности?

4. Воздух состоит в основном из азота и кислорода. Концентрация какого газа больше?

5. * Почему, говоря о микропараметрах идеального газа, мы указываем только кинетическую энергию молекулы и не указываем потенциальную?