Лекция таҚырыбы: идеал газ қасиеттерін мкт-сы

Лекцияның мақсаты: Идеал газ қасиеттерін МКТ тұрғысынан зерттей білуге үйрету.

Негізгі сұрақтар: Молекулалық-кинетикалық теорияның негіздері. Температура – МКТ тұрғысынан мағынасы. Идеал газ молекулаларының орташа кинетикалық энергиясы. Термодинамикалық параметрлер. Газ заңдары. Идеал газ күйiнiң теңдеуi.

Молекулалық –кинетикалық теорияның негізгі қағидалары. Заттың құрылысы молекулалық – кинетикалық теория бойынша молекулалардан тұрады(латынның”молес”- масса деген сөзінен “молекула” – кішкентай масса). Молекула деп заттың химиялық қасиеттерін сақтайтын ең кішкентай бөлшегін атайды.

Молекула атомдардан тұрады(“атомос”- бөлінбейтін деген грек сөзінен). Мысалы судың молекуласы сутегінің екі атомынан және оттегінің бір атомынан тұрады, ол мына түрде жазылады: H₂O. Қандай да бір табиғат құбылыстары кезінде молекулалар өзгеріссіз қалатын болса, онда зат өзінің химиялық қасиеттерін сақтайды. Егер де молекулалар өздерінің құрылымын өзгертетін болса немесе жеке атомдарға ыдырайтын болса, онда физикалық және химиялық қасиеттері басқа болатын жаңа заттар түзіледі. Мысалы, судың молекуласын сутегінің және оттегінің атомдарына ыдыратуға болады. Осы газдарды химиялық жолмен одан да қарапайымырақ заттарға ыдырату мүмкін емес.

Қарапайым бөліктерге тіптен ыдыратуға болмайтын заттарды химиялық элементтер деп атайды: оттегі, қорғасын, азот және т.б. Әрбір химиялық элементке атом сәйкес келеді, оның Менделеев кестесінде белгілі орны (нөмірі) болады. Атомдардың топ болып бірігуі заттың молекуласын түзеді. Бірдей молекулалардың жиынтығы заттың белгілі бір түрін береді. Заттың химиялық және физикалық қасиеттері оның молекулаларындағы атомдардың санымен және түрімен анықталады.

Заттың қасиеттері атомдардың бір-біріне қатысты орналасуларына да тәуелді болады. Мысалы, графит пен алмаз көміртегі атомдарынан тұрады және ішкі құрылысы жағынан олардың айырмашылығы атомдардың өзара орналасуында ғана. Бірақ бұл заттардың физикалық қасиеттерінің айырмашылығы бар: алмаз өте қатты, жарық үшін мөлдір, ток өткізбейді, ал графит өте жұмсақ, мөлдір емес, өткізгіш болып табылады.

Ақыры, заттың қасиеттері сыртқы жағдайларға да байланысты болады. Бұлардың барлығы да молекулалар мен атомдардың бір-бірлермен әрекеттесетіндігімен және химиялық энергиясы болатындығынан шығады. Табиғатта бақыланатын құбылыстардың басым көпшілігі дерлік осы атомдар мен молекулалардың өзара әрекеттесуі және қозғалысымен түсіндіріледі.

Зат құрылысының молекулалық – кинетикалық теориясының негізгі қағидалары:

1. барлық заттар молекулалардан тұрады;
2. кез-келген заттың молекулалары үздіксіз, тынымсыз және хаостық (бей - берекет) қозғалыста болады;
3. молекулалар (атомдар) арасында азғантай қашықтықтарда тартылыс күштері де, тебілу күштері де әсер етеді; бұл күштердің тегі электромагниттік.

Температура және дененің ішкі энергиясы. Дененің қызғандығының дәрежесін сипаттайтын шаманы осы дененің температурасы деп атайды. Температураны өлшеуге арналған прибор термометр деп аталады. Медициналық немесе ауаның температурасын өлшеуге арналған термометрлер денелердің қыздырған кезде ұлғаятындығына және салқындатылған кезде сығылатындығына негізделген. Термометрлердің басқа принциптерге сүйеніп жасалғандары да кездеседі.

Жоғарыда атап өткеніміздей, кез –келген дененің температурасы оның молекулаларының хаостық қозғалысының энергиясымен тығыз байланысты. Денені қыздыру үшін, оның молекулаларынан энергияны алу керек.

Тәжірибе көрсеткендей, температуралары түрліше болатын екі денені жанастырған кезде температурасы жоғарырақ дене салқындайды да, ал температурасы төменірек болған дененің қызатындығы белгілі. Бұл дегеніміз – осы кезде денелер арасында энергия алмасудың болатындығы және денелердің температуралары теңескен кезде энергия алмасу тоқтайды. Осындай энергия алмасу жылу алмасу деп аталады. Сонымен, денелердің температурасын алдын- ала өлшеу арқылы қай денелердің жылу алмасу кезінде жылу беретіндігін, ал қайсыларының –алатындығын тағайындай аламыз. Егер өлшеулер денелердің температураларының бірдей екендігін көрсетсе, онда олардың әрбіреуінің энергиясы өзгеріссіз қалады деген сөз. Температура түсінігінің бағалылығы осында.

Жылу алмасу процестерін зерттеген кезде дененің ішкі энергиясы неден тұрады және олардың қай бөлігі жылу алмасу кезінде өзгереді деген сауалға жауап беру керек болады.

Жоғары айтқанымыздай, дененің молекулаларының кинетикалық және потенциалдық энергиялары болады. Молекулалардың ішіндегі атомдардың және атомдар ішіндегі электрондардың да кинетикалық және потенциалдық энергиялары бар, оны химиялық энергия деп атайды. Атом ядроларының ядролық деп аталатын орасан зор энергиясы болады. Дененің барлық бөлшектерінің кинетикалық және потенциалдық энергияларының қосындысы осы дененің ішкі энергиясы деп аталады.

Дененің ішінде оның жеке бөліктерінің арасында өне бойы энергия алмасу өтіп жатады екен, бірақ сыртқы әсерлер жоқ кезде оның ішкі энергиясы өзгеріссіз қалады. Тәжірибе көрсеткендей, дененің ішкі энергиясы тек оның күйімен ғана анықталады және де дененің осы күйге қандай жолмен келгеніне тәуелсіз болады. Сондықтан дененің немесе денелер системасының ішкі энергиясын көбіне күй функциясы деп атайды. Ішкі энергиясы тұрақты болып қалатын денелер системасын тұйықталған немесе оқшауланған система деп атайды.

Молекулалық физика облысына тек молекулалары өзгеріссіз қалатын кезде өтетін құбылыстар ғана жатады. Мұндай құбылыстар кезінде дененің ішкі энергиясының өзгерісі тек оның молекулаларының кинетикалық және потенциалдық энергияларының өзгерісінің есебінен ғана жүреді. Тек осы ішкі энергияның өзгерісінің ғана практикалық маңызы бар. Сондықтан осындай кездерде дененің ішкі энергиясы деп оның барлық молекулаларының кинетикалық энергиялары мен олардың өзара әрекеттесуінің потенциалдық энергиясының қосындысын түсінуіміз керек немесе, қысқаша айтқанда, дененің молекулалық –кинетикалық және молекулалық –потенциалдық энергияларының қосындысын түсінеміз.