Кінетична теорія

Відео: Фізика. МКТ: Основне рівняння МКТ. Центр онлайн-навчання «Фоксфорд»

style = "float: left;" alt = "Кінетична теорія" title = "Кінетична теорія" Ілюстрація теплового руху. кінетична теорія або молекулярно-кінетична теорія - фізична теорія, що пояснює термодинамічні явища, виходячи з атомістськіх уявлень. Теорія постулює, що тепло є наслідком хаотчіного руху надзвичайно великої кількості мікроскопічних часток (атомів і молекул). Успішне пояснення багатьох законів термодинаміки, виходячи з положень кінетичної теорії, стало одним з факторів на шляху до підтвердження атомарної будови речовин в природі. У сучасній фізиці молекулярно-кінетична теорія розглядається як складова частина статистичної механіки.
У 1738 Данило Бернуллі опублікував книгу гідродинаміка, в якій висловив ідею, що газ складається з великої кількості молекул, хаотично рухаються у всіх напрямках, а зіткнення цих молекул з поверхнею викликає тиск. Тепло, яке ми відчуваємо, на думку Бернуллі обумовлено рухом частинок. Теорія Бернуллі утвердилася, оскільки на той час ще не був відкритий багатьох законів механіки, зокрема закону збереження енергії, і відвідає поняття енергії склалося набагато пізніше.
Іншими піонерами кінетичної теорії були Михайло Ломоносов, Жорж-Луї Ле Саж, Джон Герапат, Джон Джеймс Вотерстон. Просту послідовну кінетичну теорію газу створив в 1856 Серпень Кренига. У 1857 Рудольф Клаузіус незалежно побудував складну теорію, яка враховувала не тільки поступальний, але і крутний і коливальний рух молекул. Він же ввів поняття довжини вільного пробігу частинки.
У 1859 Джеймс Клерк Максвелл отримав розподіл молекул за швидкостями, який стали називати розподілом Максвелла. У 1871 році Людвіг Больцман узагальнив ций розподіл на випадок частинок у зовнішньому полі, отримавши розподіл Больцмана-Максвелла. Больцман зробив також основний внесок у формулювання статистичної механіки, постулируя логарифмічну залежність між ентропією і числом мікроскопічних станів термодинамічної системи.
Однак ще до початку 20 ст. існування атомів розглядалося фізичним співтоварістовом тільки як гіпотеза. Важливим поворотним пунктом стала побудова теорії броунівського руху Альбертом Ейнштейном і Мар`яном Смолуховським.
Молекулярно-кінетична теорія виходить з того, що речовина, зокрема газ складається з великої кількості мікроскопічних часток (молекул), які рухаються хаотично. Частинки стикаються між собою і зі стінками посудини, створюючи на ці стінки тиск. Всі зіткнення вважаються пружними, тобто проходять без втрати енергії. Середня кінетична енергія руху частинок залежить від температури.
Середня кінетична енергія руху молекули

,

де m - маса частинки, v - її швидкість, k B - постійна Больцмана, T - температура.
Середня швидкість частинок в газі дорівнює

,



де R - газова постійна, M - молярна маса.
Тиск газу на стінки посудини визначається з того міркування, що при пружному відображенні частки від стінки, зміна її імпульсу дорівнює 2 m v x, де v x - перпендикулярна до стінки складова швидкості. Підрахувавши переданий за час? t імпульс, і прирівнявши його до імпульсу сили для тиску отримуємо

,

де n - кількість частинок в одиничному обсязі.
Основні положення МКТ речовини:
Молекули - найменші частинки, які мають хімічні властивості речовини. Молекули складаються з більш простих частинок - атомів хімічних елементів. У природі є 92 хімічні елементи. Разом з штучними зараз налічується 105 елементів.
Речовина, яке побудовано з атомів лише одного виду, називають елементом (водень, кисень, азот і ін.). Кожен елемент має свій номер Z в таблиці Менделєєва. Число Z визначає число протонів в ядрах атомів і електронів, що рухаються в атомі навколо ядра.
При нагріванні речовини швидкість теплового руху і кінетична енергія його частинок збільшуються, а при охолодженні зменшуються. Ступінь нагрітості тіла характеризує його температура, яка є мірою середньої кінетичної енергії хаотичного поступального руху молекул цього тіла.
Молекули різних речовин по-різному взаємодіють один з одним. Ця взаємодія залежить від типу молекул і відстані між ними. Залежно від характеру руху і взаємодії молекул розрізняють три стани речовини: тверде, рідке, газоподібне (плазма).


Плазма - сильно іонізований газ (повітря), під дією високих температур. Для газів характерні великі міжмолекулярні відстані, малі сили тяжіння, тому гази можуть необмежено розширюватися. Молекули газу хаотично рухаються співударяються один з одним і зі стінками посудини.
У рідинах молекули розташовані тісно і коливаються навколо положення рівноваги, а також перескакують з одного рівноважного положення в інше (ближній порядок).
У твердих тілах сили взаємодії кожної молекули з сусідніми настільки великі, що молекула здійснює малі коливання навколо деякого сталого положення рівноваги - вузла кристалічної решітки - дальній порядок.
Молекулярно-кінетична теорія речовини підтверджено такими дослідами і спостереженнями:
- Досвід із змішуванням жідкостей-
- Досвід з розчиненням твердих речовин в жідкостях-
- Спостереження над сжимаемостью речовин-
- Деформації твердих тел-
- Броунівський рух-
- Спостереження діффузіі-
- Зображення окремих молекул, отримані за допомогою іонного проектора, електронного мікроскопа-
- Рентгеноструктурний аналіз речовин-
- Спостереження осмосу.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!