โลกที่เราอาศัยอยู่นั้นสวยงามเกินจินตนาการและเต็มไปด้วยกระบวนการต่างๆ มากมายที่กำหนดวิถีชีวิต กระบวนการทั้งหมดนี้ศึกษาโดยวิทยาศาสตร์ที่คุ้นเคย - ฟิสิกส์ อย่างน้อยก็มีโอกาสที่จะได้รับแนวคิดเกี่ยวกับต้นกำเนิดของจักรวาล ในบทความนี้ เราจะพิจารณาแนวคิดเช่นทฤษฎีจลนพลศาสตร์ของโมเลกุล สมการ ประเภท และสูตรของมัน อย่างไรก็ตาม ก่อนที่จะศึกษาประเด็นเหล่านี้อย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น คุณต้องทำความเข้าใจความหมายของฟิสิกส์และสาขาวิชาที่ศึกษาด้วยตัวเองก่อน
ฟิสิกส์คืออะไร
อันที่จริง นี่เป็นวิทยาศาสตร์ที่กว้างขวางมากและอาจเป็นหนึ่งในพื้นฐานที่สุดในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติ ตัวอย่างเช่น หากวิทยาการคอมพิวเตอร์เดียวกันเกี่ยวข้องกับกิจกรรมของมนุษย์เกือบทุกด้าน ไม่ว่าจะเป็นการออกแบบทางคอมพิวเตอร์หรือการสร้างการ์ตูน ฟิสิกส์ก็คือชีวิต คำอธิบายกระบวนการและกระแสที่ซับซ้อน มาพยายามทำความเข้าใจความหมายให้เข้าใจง่ายที่สุดกัน
โซดังนั้น ฟิสิกส์จึงเป็นวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาพลังงานและสสาร ความเชื่อมโยงระหว่างพวกมัน การอธิบายกระบวนการต่างๆ ที่เกิดขึ้นในจักรวาลอันกว้างใหญ่ของเรา ทฤษฎีโมเลกุล-จลนศาสตร์ของโครงสร้างของสสารเป็นเพียงหยดเล็กๆ ในทะเลของทฤษฎีและสาขาฟิสิกส์
พลังงาน ซึ่งวิทยาศาสตร์นี้ศึกษาอย่างละเอียด สามารถแสดงได้หลายรูปแบบ เช่น ในรูปของแสง การเคลื่อนที่ แรงโน้มถ่วง การแผ่รังสี ไฟฟ้า และรูปแบบอื่นๆ อีกมากมาย เราจะกล่าวถึงในบทความนี้เกี่ยวกับทฤษฎีจลนพลศาสตร์ของโมเลกุลของโครงสร้างของรูปแบบเหล่านี้
การศึกษาเรื่องสสารทำให้เราได้แนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างอะตอมของสสาร อย่างไรก็ตาม มันสืบเนื่องมาจากทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล วิทยาศาสตร์ของโครงสร้างของสสารช่วยให้เราเข้าใจและค้นหาความหมายของการดำรงอยู่ของเรา สาเหตุของการเกิดขึ้นของชีวิตและจักรวาลเอง เรามาลองศึกษาทฤษฎีจลนพลศาสตร์ของสสารกัน
ขั้นแรก จำเป็นต้องมีการแนะนำเพื่อทำความเข้าใจคำศัพท์และข้อสรุปอย่างถ่องแท้
ฟิสิกส์
เมื่อตอบคำถามว่าทฤษฎีจลนศาสตร์ระดับโมเลกุลคืออะไร เราไม่สามารถพูดถึงส่วนต่างๆ ของฟิสิกส์ได้ สิ่งเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการศึกษาโดยละเอียดและคำอธิบายเกี่ยวกับชีวิตมนุษย์โดยเฉพาะ จำแนกได้ดังนี้:
- กลศาสตร์ ซึ่งแบ่งออกเป็นสองส่วนเพิ่มเติม: จลนศาสตร์และไดนามิก
- คงที่
- อุณหพลศาสตร์
- ส่วนโมเลกุล
- อิเล็กโทรไดนามิก
- เลนส์
- ฟิสิกส์ของควอนตัมและนิวเคลียสของอะตอม
มาว่ากันเรื่องโมเลกุลฟิสิกส์ เพราะมันมีพื้นฐานมาจากทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล
เทอร์โมไดนามิกส์คืออะไร
โดยทั่วไป ส่วนโมเลกุลและอุณหพลศาสตร์เป็นสาขาฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด ซึ่งศึกษาเฉพาะองค์ประกอบมหภาคของจำนวนระบบทางกายภาพทั้งหมดเท่านั้น เป็นสิ่งที่ควรค่าแก่การจดจำว่าวิทยาศาสตร์เหล่านี้อธิบายสถานะภายในของร่างกายและสารได้อย่างแม่นยำ ตัวอย่างเช่น สถานะในระหว่างการให้ความร้อน การตกผลึก การกลายเป็นไอและการควบแน่น ที่ระดับอะตอม กล่าวอีกนัยหนึ่ง ฟิสิกส์ระดับโมเลกุลเป็นศาสตร์ของระบบที่ประกอบด้วยอนุภาคจำนวนมาก: อะตอมและโมเลกุล
มันเป็นวิทยาศาสตร์เหล่านี้ที่ศึกษาบทบัญญัติหลักของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล
แม้ในชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 เราก็ได้คุ้นเคยกับแนวคิดของระบบไมโครและมหภาค มันจะไม่ฟุ่มเฟือยที่จะรีเฟรชเงื่อนไขเหล่านี้ในหน่วยความจำ
microworld ตามที่เราเห็นจากชื่อของมันนั้นประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน กล่าวอีกนัยหนึ่งนี่คือโลกของอนุภาคขนาดเล็ก วัดขนาดได้ตั้งแต่ 10-18 m ถึง 10-4 m และเวลาของสภาพจริงอาจถึงทั้งอนันต์และ ช่วงเวลาเล็ก ๆ ที่ไม่สมส่วน เช่น 10-20 s.
มาโครเวิร์ลพิจารณาวัตถุและระบบที่มีรูปร่างคงที่ ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานจำนวนมาก ระบบดังกล่าวสอดคล้องกับขนาดมนุษย์ของเรา
นอกจากนี้ยังมีสิ่งเช่นโลกขนาดใหญ่ ประกอบด้วยดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ กาแล็กซีจักรวาล และคอมเพล็กซ์
พื้นฐานทฤษฎี
ตอนนี้เราสรุปได้เล็กน้อยและจำคำศัพท์พื้นฐานของฟิสิกส์ได้แล้ว เราไปต่อที่หัวข้อหลักของบทความนี้ได้โดยตรง
ทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุลปรากฏขึ้นและกำหนดขึ้นเป็นครั้งแรกในศตวรรษที่สิบเก้า สาระสำคัญของมันอยู่ในความจริงที่ว่ามันอธิบายรายละเอียดโครงสร้างของสารใด ๆ (บ่อยกว่าโครงสร้างของก๊าซมากกว่าวัตถุที่เป็นของแข็งและของเหลว) ตามบทบัญญัติพื้นฐานสามประการที่รวบรวมจากสมมติฐานของนักวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่นเช่น Robert Hooke, Isaac Newton, Daniel Bernoulli, Mikhail Lomonosov และคนอื่นๆ อีกมากมาย
บทบัญญัติหลักของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุลมีลักษณะดังนี้:
- สารทั้งหมดอย่างแน่นอน (ไม่ว่าจะเป็นของเหลว ของแข็ง หรือก๊าซ) มีโครงสร้างที่ซับซ้อน ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กกว่า: โมเลกุลและอะตอม อะตอมบางครั้งเรียกว่า "โมเลกุลพื้นฐาน"
- อนุภาคมูลฐานเหล่านี้ล้วนมีการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่องและวุ่นวาย เราแต่ละคนได้พบข้อพิสูจน์โดยตรงของข้อเสนอนี้ แต่ส่วนใหญ่แล้ว ก็ไม่ได้ให้ความสำคัญมากนักกับเรื่องนี้ ตัวอย่างเช่น เราทุกคนเห็นกับพื้นหลังของรังสีดวงอาทิตย์ว่าอนุภาคฝุ่นเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องในทิศทางที่วุ่นวาย นี่เป็นเพราะอะตอมสร้างแรงผลักดันซึ่งกันและกันโดยส่งพลังงานจลน์ให้กันและกันอย่างต่อเนื่อง ปรากฏการณ์นี้ได้รับการศึกษาครั้งแรกในปี พ.ศ. 2370 และได้รับการตั้งชื่อตามผู้ค้นพบ - "การเคลื่อนที่แบบบราวเนียน"
- อนุภาคมูลฐานทั้งหมดอยู่ในกระบวนการปฏิสัมพันธ์ต่อเนื่องกันกับพลังบางอย่างที่มีหินไฟฟ้า
เป็นที่น่าสังเกตว่าอีกตัวอย่างหนึ่งที่อธิบายตำแหน่งที่สอง ซึ่งอาจนำไปใช้กับทฤษฎีจลนพลศาสตร์ของแก๊สได้ เช่น กับทฤษฎีจลนพลศาสตร์ของแก๊ส ก็คือการแพร่กระจาย เราพบเจอมันในชีวิตประจำวัน และในการทดสอบและการควบคุมหลายๆ อย่าง ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องมีแนวคิดเกี่ยวกับมัน
ขั้นแรก ให้พิจารณาตัวอย่างต่อไปนี้:
หมอบังเอิญทำแอลกอฮอล์หกจากขวดบนโต๊ะ หรือบางทีคุณอาจทำขวดน้ำหอมหล่นจนหมดพื้น
ทำไมในสองกรณีนี้ ทั้งกลิ่นแอลกอฮอล์และกลิ่นน้ำหอมจะเต็มไปทั้งห้องหลังจากนั้น ไม่ใช่แค่บริเวณที่มีสารหกรั่วไหลเท่านั้น
คำตอบนั้นง่าย: การแพร่กระจาย
การแพร่กระจาย - มันคืออะไร? ไหลยังไง
นี่คือกระบวนการที่อนุภาคที่ประกอบเป็นสารเฉพาะ (โดยปกติคือก๊าซ) แทรกซึมเข้าไปในช่องว่างระหว่างโมเลกุลของอีกสารหนึ่ง ในตัวอย่างข้างต้น สิ่งต่อไปนี้เกิดขึ้น: เนื่องจากความร้อน นั่นคือ การเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่องและแยกจากกัน โมเลกุลแอลกอฮอล์และ / หรือน้ำหอมจึงตกลงไปในช่องว่างระหว่างโมเลกุลของอากาศ ค่อยๆ กระจายไปทั่วห้องภายใต้อิทธิพลของการชนกับอะตอมและโมเลกุลของอากาศ โดยวิธีการที่ความเข้มของการแพร่กระจายนั่นคือความเร็วของการไหลของมันขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของสารที่เกี่ยวข้องกับการแพร่กระจายตลอดจนพลังงานของการเคลื่อนที่ของอะตอมและโมเลกุลที่เรียกว่าจลนศาสตร์ ยิ่งมีพลังงานจลน์มากเท่าใด ความเร็วของโมเลกุลเหล่านี้ก็จะยิ่งสูงขึ้นตามลำดับ และความเข้มข้น
กระบวนการแพร่ที่รวดเร็วที่สุดเรียกว่าการแพร่ในก๊าซ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าก๊าซไม่เป็นเนื้อเดียวกันในองค์ประกอบของมัน ซึ่งหมายความว่าช่องว่างระหว่างโมเลกุลในก๊าซใช้พื้นที่จำนวนมากตามลำดับและกระบวนการในการรับอะตอมและโมเลกุลของสารแปลกปลอมเข้าไปนั้นทำได้ง่ายและรวดเร็ว.
กระบวนการนี้จะช้าลงเล็กน้อยในของเหลว การละลายของน้ำตาลก้อนในถ้วยชาเป็นเพียงตัวอย่างหนึ่งของการแพร่กระจายของของแข็งในของเหลว
แต่เวลาที่ยาวที่สุดคือการแพร่กระจายในร่างกายที่มีโครงสร้างผลึกแข็ง ที่เป็นเช่นนี้จริงๆ เนื่องจากโครงสร้างของของแข็งมีลักษณะเป็นเนื้อเดียวกันและมีโครงผลึกที่แข็งแรง ซึ่งอยู่ในเซลล์ที่อะตอมของของแข็งสั่นสะเทือน ตัวอย่างเช่น หากพื้นผิวของแท่งโลหะสองแท่งได้รับการทำความสะอาดอย่างดีและนำมาสัมผัสกัน หลังจากนั้นเป็นเวลานานพอสมควร เราจะสามารถตรวจจับชิ้นส่วนของโลหะอันหนึ่งในอีกอันหนึ่งได้ และในทางกลับกัน
เช่นเดียวกับส่วนพื้นฐานอื่นๆ ทฤษฎีพื้นฐานของฟิสิกส์แบ่งออกเป็นส่วนต่างๆ แยกกัน: การจำแนกประเภท ประเภท สูตร สมการ และอื่นๆ ดังนั้นเราจึงได้เรียนรู้พื้นฐานของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล ซึ่งหมายความว่าคุณสามารถดำเนินการพิจารณาบล็อกเชิงทฤษฎีแต่ละส่วนได้อย่างปลอดภัย
ทฤษฎีโมเลกุล-จลนศาสตร์ของก๊าซ
จำเป็นต้องเข้าใจบทบัญญัติของทฤษฎีก๊าซ ดังที่เราได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ เราจะพิจารณาลักษณะเฉพาะของก๊าซในระดับมหภาค เช่น ความดันและอุณหภูมิ นี่คือจะมีความจำเป็นในภายหลังเพื่อให้ได้มาซึ่งสมการของทฤษฎีโมเลกุล-จลนศาสตร์ของก๊าซ แต่คณิตศาสตร์ - ทีหลัง ตอนนี้มาจัดการกับทฤษฎีและฟิสิกส์กัน
นักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดบทบัญญัติห้าบทของทฤษฎีโมเลกุลของก๊าซ ซึ่งใช้ทำความเข้าใจแบบจำลองจลนศาสตร์ของก๊าซ พวกเขาฟังเช่นนี้:
- ก๊าซทั้งหมดประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานที่ไม่มีขนาดที่แน่นอน แต่มีมวลที่แน่นอน กล่าวอีกนัยหนึ่ง ปริมาตรของอนุภาคเหล่านี้มีน้อยเมื่อเทียบกับความยาวระหว่างอนุภาคเหล่านี้
- อะตอมและโมเลกุลของก๊าซนั้นแทบจะไม่มีพลังงานศักย์เลย ตามลำดับ ตามกฎหมายแล้ว พลังงานทั้งหมดมีค่าเท่ากับจลนศาสตร์
- เราคุ้นเคยกับตำแหน่งนี้แล้ว - บราวเนียนโมชั่น นั่นคืออนุภาคของก๊าซจะเคลื่อนที่ต่อเนื่องและโกลาหลอยู่เสมอ
- การชนกันของอนุภาคก๊าซทั้งหมดพร้อมด้วยข้อความของความเร็วและพลังงานนั้นยืดหยุ่นได้อย่างสมบูรณ์ ซึ่งหมายความว่าไม่มีการสูญเสียพลังงานหรือกระโดดอย่างรวดเร็วในพลังงานจลน์ระหว่างการชน
- ภายใต้สภาวะปกติและอุณหภูมิคงที่ พลังงานเฉลี่ยของการเคลื่อนที่ของอนุภาคของก๊าซเกือบทั้งหมดจะเท่ากัน
เราสามารถเขียนตำแหน่งที่ห้าใหม่ได้ด้วยสมการประเภทนี้ของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ของโมเลกุลของก๊าซ:
E=1/2mv^2=3/2kT, โดยที่ k คือค่าคงที่ Boltzmann; T - อุณหภูมิในเคลวิน
สมการนี้ทำให้เราเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วของอนุภาคมูลฐานของก๊าซกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ของพวกมัน ดังนั้นยิ่งสัมบูรณ์ของพวกเขาสูงขึ้นอุณหภูมิ ยิ่งความเร็วและพลังงานจลน์มากขึ้น
แรงดันแก๊ส
องค์ประกอบมหภาคของคุณลักษณะดังกล่าว เช่น ความดันของก๊าซ สามารถอธิบายได้โดยใช้ทฤษฎีจลนศาสตร์ ในการทำเช่นนี้ ลองจินตนาการถึงตัวอย่างต่อไปนี้
สมมติว่ามีโมเลกุลของก๊าซอยู่ในกล่องซึ่งมีความยาวเป็น L ลองใช้บทบัญญัติของทฤษฎีก๊าซที่อธิบายข้างต้นและพิจารณาว่าทรงกลมโมเลกุลเคลื่อนที่ไปตามเส้น x เท่านั้น -แกน. ดังนั้นเราจะสามารถสังเกตกระบวนการของการชนกันของยางยืดกับผนังด้านหนึ่งของเรือ (กล่อง)
โมเมนตัมของการชนกันอย่างต่อเนื่อง ดังที่เราทราบ ถูกกำหนดโดยสูตร: p=mv, แต่ในกรณีนี้ สูตรนี้จะใช้รูปแบบการฉายภาพ: p=mv(x).
เนื่องจากเราพิจารณาเฉพาะมิติของแกน x นั่นคือ แกน x การเปลี่ยนแปลงทั้งหมดของโมเมนตัมจะแสดงโดยสูตร: mv(x) - m(-v(x))=2mv(x).
ต่อไป ให้พิจารณาแรงที่กระทำโดยวัตถุของเราโดยใช้กฎข้อที่สองของนิวตัน: F=ma=P/t.
จากสูตรเหล่านี้ เราแสดงความกดดันจากด้านก๊าซ: P=F/a;
ตอนนี้ แทนที่การแสดงออกของแรงเป็นสูตรผลลัพธ์และรับ: P=mv(x)^2/L^3.
หลังจากนั้น สามารถเขียนสูตรความดันสำเร็จรูปสำหรับโมเลกุลก๊าซจำนวน N-th กล่าวอีกนัยหนึ่งจะมีลักษณะดังนี้:
P=Nmv(x)^2/V โดยที่ v คือความเร็ว และ V คือระดับเสียง
ตอนนี้ เรามาลองเน้นข้อกำหนดพื้นฐานบางประการเกี่ยวกับแรงดันแก๊สกัน:
- มันประจักษ์ผ่านการชนกันของโมเลกุลกับโมเลกุลของผนังของวัตถุที่มันตั้งอยู่
- ขนาดความดันเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงและความเร็วของการกระแทกของโมเลกุลบนผนังของเรือ
ข้อสรุปสั้น ๆ เกี่ยวกับทฤษฎี
ก่อนที่เราจะไปต่อและพิจารณาสมการพื้นฐานของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล เราขอเสนอข้อสรุปสั้นๆ สองสามข้อจากประเด็นและทฤษฎีข้างต้น:
- การวัดพลังงานเฉลี่ยของการเคลื่อนที่ของอะตอมและโมเลกุลคืออุณหภูมิสัมบูรณ์
- เมื่อก๊าซสองชนิดมีอุณหภูมิเท่ากัน โมเลกุลของพวกมันจะมีพลังงานจลน์เฉลี่ยเท่ากัน
- พลังงานของอนุภาคก๊าซเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเร็วกำลังสองเฉลี่ย: E=1/2mv^2.
- แม้ว่าโมเลกุลของก๊าซจะมีพลังงานจลน์เฉลี่ยตามลำดับและมีความเร็วเฉลี่ย อนุภาคแต่ละตัวเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ต่างกัน: เร็วบ้างช้าบ้าง
- ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้น ความเร็วของโมเลกุลก็จะสูงขึ้น
- เราเพิ่มอุณหภูมิของก๊าซกี่ครั้ง (เช่น เพิ่มเป็นสองเท่า) พลังงานของการเคลื่อนที่ของอนุภาคจะเพิ่มขึ้นหลายเท่า (ตามลำดับ เพิ่มเป็นสองเท่า)
สมการและสูตรพื้นฐาน
สมการพื้นฐานของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุลช่วยให้คุณสร้างความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณของโลกจุลภาคและมหภาคซึ่งก็คือปริมาณที่วัดได้
หนึ่งในแบบจำลองที่ง่ายที่สุดที่ทฤษฎีโมเลกุลสามารถพิจารณาได้คือแบบจำลองก๊าซในอุดมคติ
บอกได้เลยว่านี่เป็นแบบจำลองจินตภาพชนิดหนึ่งที่ศึกษาโดยทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุลของก๊าซในอุดมคติ ซึ่ง:
- อนุภาคก๊าซที่ง่ายที่สุดถือเป็นลูกบอลที่ยืดหยุ่นได้อย่างสมบูรณ์ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันและกับโมเลกุลของผนังของภาชนะใด ๆ ในกรณีเดียวเท่านั้น - การชนกันแบบยืดหยุ่นอย่างสมบูรณ์
- แรงดึงดูดภายในแก๊สหายไป หรืออาจถูกละเลยได้
- องค์ประกอบของโครงสร้างภายในของก๊าซสามารถนำมาเป็นจุดวัสดุ นั่นคือ ปริมาณของก๊าซก็สามารถถูกละเลยได้เช่นกัน
เมื่อพิจารณาจากแบบจำลองดังกล่าว นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อรูดอล์ฟ คลอเซียส ได้เขียนสูตรสำหรับแรงดันแก๊สผ่านความสัมพันธ์ของพารามิเตอร์จุลภาคและมหภาค ดูเหมือนว่า:
p=1/3m(0)nv^2.
ต่อมาสูตรนี้จะถูกเรียกว่าเป็นสมการพื้นฐานของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุลของก๊าซในอุดมคติ สามารถนำเสนอได้หลายรูปแบบ หน้าที่ของเราคือแสดงส่วนต่างๆ เช่น ฟิสิกส์ระดับโมเลกุล ทฤษฎีจลนพลศาสตร์ของโมเลกุล และด้วยเหตุนี้จึงเกิดสมการและประเภทที่สมบูรณ์ ดังนั้นจึงควรคำนึงถึงรูปแบบอื่นๆ ของสูตรพื้นฐาน
เรารู้ว่าพลังงานเฉลี่ยที่แสดงลักษณะการเคลื่อนที่ของโมเลกุลก๊าซสามารถพบได้โดยใช้สูตร: E=m(0)v^2/2.
ในกรณีนี้ เราสามารถแทนที่นิพจน์ m(0)v^2 ในสูตรความดันดั้งเดิมด้วยพลังงานจลน์เฉลี่ย ด้วยเหตุนี้ เราจะมีโอกาสสร้างสมการพื้นฐานของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ของก๊าซในรูปแบบต่อไปนี้: p=2/3nE.
นอกจากนี้ เราทุกคนรู้ดีว่านิพจน์ m(0)n สามารถเขียนเป็นผลคูณของผลหารสองตัว:
m/NN/V=m/V=ρ.
หลังจากการปรับเปลี่ยนเหล่านี้ เราสามารถเขียนสูตรของเราใหม่สำหรับสมการของทฤษฎีจลนศาสตร์ระดับโมเลกุลของก๊าซในอุดมคติในรูปแบบที่สามที่แตกต่างกัน:
p=1/3ρv^2.
บางทีนั่นคือทั้งหมดที่คุณต้องรู้ในหัวข้อนี้ ยังคงเป็นเพียงการจัดระบบความรู้ที่ได้รับในรูปแบบของข้อสรุปสั้น ๆ (และไม่ใช่)
ข้อสรุปและสูตรทั่วไปทั้งหมดในหัวข้อ "ทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล"
เริ่มกันเลย
แรก:
ฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์พื้นฐานที่รวมอยู่ในหลักสูตรวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ซึ่งศึกษาคุณสมบัติของสสารและพลังงาน โครงสร้าง รูปแบบของธรรมชาติอนินทรีย์
รวมถึงส่วนต่อไปนี้:
- กลศาสตร์ (จลนศาสตร์และไดนามิก);
- คงที่;
- อุณหพลศาสตร์;
- อิเล็กโทรไดนามิกส์;
- ส่วนโมเลกุล;
- เลนส์;
- ฟิสิกส์ของควอนตัมและนิวเคลียสของอะตอม
วินาที:
ฟิสิกส์ของอนุภาคและอุณหพลศาสตร์เป็นสาขาที่เกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิดซึ่งศึกษาองค์ประกอบระดับมหภาคของจำนวนระบบทางกายภาพทั้งหมด กล่าวคือ ระบบที่ประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานจำนวนมาก
พวกมันอยู่บนพื้นฐานของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล
ที่สาม:
ปมของเรื่องนี้คือ ทฤษฎีจลนพลศาสตร์ของโมเลกุลอธิบายรายละเอียดโครงสร้างของสาร (โดยปกติโครงสร้างของก๊าซมากกว่าของแข็ง)และวัตถุเหลว) ตามสมมติฐานพื้นฐานสามข้อที่รวบรวมจากสมมติฐานของนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียง ในหมู่พวกเขา: Robert Hooke, Isaac Newton, Daniel Bernoulli, Mikhail Lomonosov และคนอื่น ๆ อีกมากมาย
ที่สี่:
หลักการพื้นฐานสามประการของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล:
- สารทั้งหมด (ไม่ว่าจะเป็นของเหลว ของแข็ง หรือก๊าซ) มีโครงสร้างที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็ก: โมเลกุลและอะตอม
- อนุภาคง่าย ๆ เหล่านี้มีการเคลื่อนไหวที่วุ่นวายอย่างต่อเนื่อง ตัวอย่าง: การเคลื่อนที่แบบบราวเนียนและการแพร่กระจาย
- โมเลกุลทั้งหมดภายใต้สภาวะใด ๆ จะโต้ตอบกันด้วยแรงบางอย่างที่มีหินไฟฟ้า
บทบัญญัติแต่ละข้อของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุลเป็นรากฐานที่มั่นคงในการศึกษาโครงสร้างของสสาร
ที่ห้า:
ประเด็นหลักหลายประการของทฤษฎีโมเลกุลสำหรับแบบจำลองก๊าซ:
- ก๊าซทั้งหมดประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานที่ไม่มีขนาดที่แน่นอน แต่มีมวลที่แน่นอน กล่าวอีกนัยหนึ่ง ปริมาตรของอนุภาคเหล่านี้มีน้อยเมื่อเทียบกับระยะห่างระหว่างอนุภาคเหล่านี้
- อะตอมและโมเลกุลของก๊าซแทบไม่มีพลังงานศักย์เลย ตามลำดับ พลังงานทั้งหมดของพวกมันเท่ากับพลังงานจลน์
- เราคุ้นเคยกับตำแหน่งนี้แล้ว - บราวเนียนโมชั่น นั่นคืออนุภาคก๊าซจะเคลื่อนที่ต่อเนื่องและสุ่มเสมอ
- การชนกันของอะตอมและโมเลกุลของก๊าซ ที่มาพร้อมกับข้อความของความเร็วและพลังงานนั้นยืดหยุ่นได้อย่างสมบูรณ์ นี่คือหมายความว่าไม่มีการสูญเสียพลังงานหรือกระโดดอย่างรวดเร็วในพลังงานจลน์ระหว่างการชน
- ภายใต้สภาวะปกติและอุณหภูมิคงที่ พลังงานจลน์เฉลี่ยของก๊าซเกือบทั้งหมดจะเท่ากัน
หก:
ข้อสรุปจากทฤษฎีเกี่ยวกับก๊าซ:
- อุณหภูมิสัมบูรณ์คือการวัดพลังงานจลน์เฉลี่ยของอะตอมและโมเลกุล
- เมื่อก๊าซสองชนิดมีอุณหภูมิเท่ากัน โมเลกุลของพวกมันจะมีพลังงานจลน์เฉลี่ยเท่ากัน
- พลังงานจลน์เฉลี่ยของอนุภาคก๊าซเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเร็วสแควร์เฉลี่ยของราก: E=1/2mv^2.
- แม้ว่าโมเลกุลของก๊าซจะมีพลังงานจลน์เฉลี่ยตามลำดับและมีความเร็วเฉลี่ย อนุภาคแต่ละตัวเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ต่างกัน: เร็วบ้างช้าบ้าง
- ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้น ความเร็วของโมเลกุลก็จะสูงขึ้น
- เราเพิ่มอุณหภูมิของก๊าซกี่ครั้ง (เช่น เพิ่มเป็นสองเท่า) พลังงานจลน์เฉลี่ยของอนุภาคก็เพิ่มขึ้นหลายครั้งเช่นกัน (เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าตามลำดับ)
- ความสัมพันธ์ระหว่างความดันของก๊าซบนผนังของภาชนะที่มันตั้งอยู่และความรุนแรงของผลกระทบของโมเลกุลบนผนังเหล่านี้เป็นสัดส่วนโดยตรง: ยิ่งมีผลกระทบมาก ความดันก็จะยิ่งสูงขึ้น และในทางกลับกัน.
ที่เจ็ด:
แบบจำลองก๊าซในอุดมคติคือแบบจำลองที่ต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขดังต่อไปนี้:
- โมเลกุลของแก๊สสามารถและถือเป็นลูกบอลที่ยืดหยุ่นได้อย่างสมบูรณ์
- ลูกบอลเหล่านี้สามารถโต้ตอบกับแต่ละอื่น ๆ และกับผนังของใด ๆเรือในกรณีเดียวเท่านั้น - การชนกันอย่างยืดหยุ่นอย่างยิ่ง
- แรงเหล่านั้นที่อธิบายแรงผลักดันร่วมกันระหว่างอะตอมและโมเลกุลของก๊าซนั้นไม่มีอยู่หรืออาจถูกละเลยได้
- อะตอมและโมเลกุลถือเป็นจุดวัสดุ กล่าวคือ ปริมาตรของพวกมันก็ถูกมองข้ามเช่นกัน
แปด:
ให้สมการพื้นฐานทั้งหมดและแสดงสูตรในหัวข้อ "ทฤษฎีจลนศาสตร์โมเลกุล":
p=1/3m(0)nv^2 - สมการพื้นฐานสำหรับแบบจำลองก๊าซในอุดมคติ โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อรูดอล์ฟ คลอสเซียส
p=2/3nE - สมการพื้นฐานของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุลของก๊าซในอุดมคติ มาจากพลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุล
р=1/3ρv^2 - สมการเดียวกัน แต่พิจารณาจากความหนาแน่นและความเร็วกำลังสองเฉลี่ยรากของโมเลกุลก๊าซในอุดมคติ
m(0)=M/N(a) - สูตรการหามวลของหนึ่งโมเลกุลผ่านเลขอาโวกาโดร
v^2=(v(1)+v(2)+v(3)+…)/N - สูตรการหาความเร็วกำลังสองเฉลี่ยของโมเลกุล โดยที่ v(1), v(2), v (3) และอื่นๆ - ความเร็วของโมเลกุลแรก ที่สอง สาม และไปเรื่อยๆ จนถึงโมเลกุลที่ n
n=N/V - สูตรสำหรับหาความเข้มข้นของโมเลกุล โดยที่ N คือจำนวนโมเลกุลในปริมาตรก๊าซต่อปริมาตรที่กำหนด V
E=mv^2/2=3/2kT - สูตรสำหรับหาพลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุล โดยที่ v^2 คือค่าเฉลี่ยรากของความเร็วสแควร์ของโมเลกุล k คือค่าคงที่ ค่าที่ตั้งชื่อตามฟิสิกส์ของออสเตรียของ Ludwig Boltzmann และ T คืออุณหภูมิของก๊าซ
p=nkT - สูตรความดันในแง่ของความเข้มข้น ค่าคงที่Boltzmann และอุณหภูมิสัมบูรณ์ T. จากนั้นเป็นไปตามสูตรพื้นฐานอื่นที่ค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Mendeleev และ Claiperon นักฟิสิกส์และนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส:
pV=m/MRT โดยที่ R=kN(a) คือค่าคงที่สากลสำหรับก๊าซ
ตอนนี้ มาแสดงค่าคงที่สำหรับกระบวนการ iso ต่างๆ กัน: isobaric, isochoric, isothermal และ adiabatic
pV/T=const - ดำเนินการเมื่อมวลและองค์ประกอบของก๊าซคงที่
рV=const - ถ้าอุณหภูมิคงที่เช่นกัน
V/T=const - ถ้าแรงดันแก๊สคงที่
p/T=const - ถ้าปริมาตรคงที่
บางทีคุณอาจจำเป็นต้องรู้ในหัวข้อนี้เท่านั้น
วันนี้เรากระโจนเข้าสู่สาขาวิทยาศาสตร์ เช่น ฟิสิกส์เชิงทฤษฎี มีหลายส่วนและหลายช่วง ในรายละเอียดเพิ่มเติมเราได้สัมผัสกับพื้นที่ของฟิสิกส์เช่นฟิสิกส์โมเลกุลพื้นฐานและอุณหพลศาสตร์คือทฤษฎีโมเลกุล - จลนศาสตร์ซึ่งดูเหมือนว่าจะไม่มีปัญหาในการศึกษาครั้งแรก แต่ในความเป็นจริงมีข้อผิดพลาดมากมาย. เป็นการขยายความเข้าใจของเราเกี่ยวกับแบบจำลองก๊าซในอุดมคติ ซึ่งเราได้ศึกษาอย่างละเอียดด้วย นอกจากนี้ เป็นที่น่าสังเกตว่า เราได้ทำความคุ้นเคยกับสมการพื้นฐานของทฤษฎีโมเลกุลในรูปแบบต่างๆ แล้ว ยังพิจารณาสูตรที่จำเป็นที่สุดทั้งหมดสำหรับการหาปริมาณที่ไม่รู้จักในหัวข้อนี้ด้วย ซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อเตรียมเขียน การทดสอบ การสอบ และการทดสอบใดๆ หรือเพื่อขยายมุมมองทั่วไปและความรู้ด้านฟิสิกส์
เราหวังว่าบทความนี้จะเป็นประโยชน์กับคุณ และคุณได้ดึงเฉพาะข้อมูลที่จำเป็นที่สุดจากมัน เป็นการเสริมความรู้ของคุณในเสาหลักของอุณหพลศาสตร์ซึ่งเป็นบทบัญญัติพื้นฐานของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล