Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
Если в предыдущем разделе применялся термодинамический метод исследования, то в этом разделе будет использован статистический метод исследования молекулярных процессов. На основании исследования совокупного действия молекул будут получены такие термодинамические параметры, как давление и температура.
Для расчетов воспользуемся моделью идеального газа с точки зрения молекулярно-кинетической теории:
1. молекулы газа непрерывно и хаотично движутся;
2. молекулы взаимодействуют только во время удара;
3. удары молекул абсолютно упругие;
4. размеры молекул малы по сравнению с расстоянием между ними.
Пусть в сосуде кубической формы объемом V = l 3, где l - длина ребра (рис. 9.2), число молекул в единице объема равно no. Молекулы движутся хаотично и, соударяясь со стенкой площадью S = l 2, оказывают на нее давление. Результаты расчета давления на стенку не изменятся, если хаотическое движение молекул заменить направленным движением их вдоль осей x, y, z. Тогда со стенкой S будет соударяться третья часть от всех молекул, равная
(9.8)
При каждом соударении со стенкой молекула передает ей импульс, равный mv1 - (- mv1) = 2 mv1, где m - масса молекулы, v1 -ее скорость. За время Dt молекула пройдет путь v1Dt, соударится со стенкой число раз, равное v1Dt/2l, и передаст стенке импульс DP1 = mv12Dt/l. Просуммируем импульс, переданный стенке всеми n молекулами: DP = (mDt/l)(v12 + v22 +...+ vn2). В данном выражении находится сумма квадратов скоростей. Статистическое усреднение будет заключаться в том, что мы введем новую среднюю величину - среднеквадратичную скорость - по формуле v кв 2 = (v12 + v22 +...+ vn2)/n. Следует заметить, что v кв приблизительно на 10% больше, чем средняя скорость молекулы, которая определяется по формуле: v ср = (v1 + v2 +... + vn)/n. Используя выражение для v кв 2, получим DP = mv кв 2Dtn/l. По второму закону Ньютона на стенку будет действовать сила F = DP/Dt = mv кв 2n/l. Давление газа на стенку найдем по формуле p = F/S = F/l 2 или p = mv кв2 n/l3. Используя формулу (9.8), получим окончательно
(9.9)
Мы получили основное уравнение кинетической теории газов, которое связывает макроскопический параметр - давление газа - с микроскопическими параметрами молекул. Величина no(mv кв 2/2) есть кинетическая энергия молекул, заключенная в единице объема. Отсюда следует, что давление есть мера плотности кинетической энергии молекул.
Сравнивая формулы (9.9) и (9.7), получим выражение для средней кинетической энергии молекулы
(9.10)
Дата публикования: 2014-11-04; Прочитано: 611 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!