Феноменологические модели строения вещества

Этот пороговый характер эффекта, не находит удовлетворительного  объяснения в классической теории, которой мы пользуемся при построении своей качественной модели газа.

 

3. ЭЛЕМЕНТАРНАЯ КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ГАЗОВ

 

Атомы и молекулы, из которых  состоит газ, являют собой наилучший  пример неупорядоченной совокупности однородных объектов.

 

Атом (от греч. atomos — неделимый), частица вещества микроскопических размеров и очень малой массы (микрочастица), наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств.

 

Молекула - это группа атомов, не просто уложенных в нужном порядке, но еще и соединенных химическими связями

 

Вначале атомизм был  чисто умозрительным, но обрёл уверенность и плодотворность. Когда была доказана реальность существования атомов и молекул.

В начале 1730 г. Даниил Бернулли наметил кинетику газовых сред.

Согласно Бернулли, теплота-это  внешнее проявление колебательного движения молекул, а давление- результат действия его молекул на стенки сосуда в результате соударений.

Основные положения  Бернулли развил к 1738 г., а затем расширил их совместно с братом Иоганном. ( они были удостоены премии Парижской академии наук в 1746г.)

Он сумел из атомических представлений вывести закон Бойля-Мариотта.

 

Бойля — Мариотта закон, один из основных газовых законов, согласно которому при постоянной температуре объём V данной массы идеального газа обратно пропорционален его давлению.

Так впервые из хаоса  явился порядок.

 

Закон Бойля вывел  и Ломоносов из представлений  о существовании частиц и ударов между ними, но он не принимал Ньютоново  действие на расстоянии и потому искал варианты не только упругого столкновения между частицами материи.

Его гипотеза о внутреннем вращательном движении, составляющих материю частиц, позволила наглядно объяснить механизм нагревания двух трущихся друг о друга поверхностей.

Гипотеза Ломоносова привлекла внимание Дэви, и он практически  дословно изложил её в своей книге  «элементы химической науки» в 1812 г. Джоуль, когда ознакомился с книгой, назвал эту  гипотезу великолепной, подумав, что гипотеза принадлежит Дэви.

 

Что же такое давление?

Это сила со стороны газа, перпендикулярная поверхности (ящика) и отнесённая к единице поверхности, то есть равная изменению перпендикулярной составляющей импульса всех молекул, ударяющихся об единичную поверхность за единицу времени. Так как молекул много и они часто ударяются о стенку, можно заметить их суммарное действие на поверхность одной непрерывно действующей силой.

 

Эта сила заменяет и как  бы сглаживает отдельные толчки. Такое  описание называется статическим - время и место удара каждой молекулы о поверхность совершенно не интересны, важен только общий эффект то, что входит в статистический закон. Именно общее воздействие важно для практики.

Начнём рассуждение  вслед за Бернулли, с отдельного удара.

Рис(1)

 

 

Рассмотрим один атом газа, заключённый в кубическом ящике со стороной, равной L рис(1)

Атом  движется случайным  образом, ударяясь о стенки под разными  углами. Будем следить только за одной компонентной скорости, направленной по оси х, и посмотрим, что же происходит при ударе атома о стенки, которые перпендикулярны плоскости х. Представим, что атом движется только по оси х и против оси х, соответственно его импульс будет равен Мvх и  -Mvx.

Изменение импульса для  одного атома равно 2Мvх. Но стенка воспринимает импульс отдачи, направленный вправо, это происходит каждый раз, когда атом отскакивает. Время между двумя такими отскоками определяется делением пути на его скорость 2L/vx (путь который атом пролетает вдоль ящика и обратно). По второму закону Ньютона видно, что изменение импульса равно импульсу силы, поэтому импульсы, действующие на стенку, можно приравнять средней силе:

2Mvx     Mv2

f x.cp. =   (2L/vx) =   L

 

 А если в ящике не один атом? А N количество атомов? Которые движутся в одном направлении? Тогда средняя сила будет равна:

 

                                          F _x.cp. =NMv²_x/L

 

 

Но ведь атомы не двигаются  в одном направлении, их движение определяется случайными столкновениями со стенками и друг с другом. У каждого атома, в каждый отдельный момент времени, какая-то компонента будет преобладающей, но в среднем в каждом направлении будет двигаться одинаковое число атомов.

Поэтому      v² _х.ср.= (1/3)v²_ср.  и средняя сила, действующая на любую стенку ящика, тоже будет равна     F_cp.= (1/3)NMv²_cp./L                                 

Соответствующее воздействие  на единицу площади (или давление p=F/S , где S- площадь стенки)равно: P=F/S=(1/3)F_cp./S

Подставляя сюда значение для средней силы, получаем:NMv²_cp/LS=(1/3)NMv²_cp./V

Где V- объём нашего ящика (V=LS)

Тогда уравнение можно  преобразовать:pV=(1/3)MNv²_cp.

Получилось соотношение, по форме напоминающее закон Бойля- Мариотта. Произведение давления на объём, при некоторых условиях, есть величина постоянная. Уже говорилось о постоянстве температуры, получается, от неё зависит средний квадрат скорости, и в полученном выражении от температуры зависит только правая часть.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение:

 

Плотности жидкостей по величине меньше, чем у твёрдых тел. Поэтому модель жидкости будет отличаться от модели твёрдого тела только меньшей глубиной потенциальной ямы, в которой находятся связанные слабее частицы. Хотя полной теории строения жидкого состояния пока нет, основные закономерности можно выявить. Когда жидкость переходит в газообразное состояние, у нее при кипении рвутся связи между молекулами, а при переходе в твёрдое состояние они становятся более жёсткими, при переходах в другие агрегатные состояния средняя кинетическая энергия колебаний молекул и температура не меняются.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

               

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

 

1.    «Концепции Современного Естествознания» Дубнищева Т.Я.

    Новосибирск 1997 год   ЮКЗА

2.    «Концепции Современного Естествознания» Гусейханов М.К.,

   Раджабов О.Р. Москва, 2004

3.     «Физика» Учебно-справочное пособие Кабардин О.Ф.

    Москва, 2004

Интернет-ресурсы:

1.  http://www.berl.ru/article/kletka/minim/u4enie_o_ctroenii_veqectva.htm    

2.  http://nplit.ru/books/item/f00/s00/z0000062/st029.shtml

3.  http://www.studfiles.ru/dir/cat18/subj430/file9728/view97390.html