Молекулярная физика. Понятие, область изучения
Что изучает молекулярная физика.
Основным кругом вопросов, которые изучает молекулярная физика, являются макроскопические процессы, которые происходят в телах на атомно-молекулярном уровне.
Теплота рассматривается под этим углом как движение частиц, которое ничем не упорядочено. Данный раздел классической физики обращает внимание на основные свойства и строение молекул и атомов. Молекулярную физику так же определяют, как молекулярно - кинетическую теорию вещества (МКТ).
Эта наука начала формировать еще в далеком девятнадцатом веке. Это время характеризовалось отсутствием уверенности, что молекулы и атомы существуют. Подтверждалось разделение термодинамики и классической физики. Тогда особое внимание уделялось классификации гипотез верных и ошибочных.
В двадцатом веке ученые привели безоговорочные доказательства существования молекул и атомов. Были разработаны методы, которые помогли исследовать структуру каждого отдельного вещества. В тот момент молекулярно-кинетическая теория перестала существовать лишь гипотетически. Остался лишь один раздел, который находится под сомнениями, это простые модели, которые используют, чтобы описать или объяснить различные происходящие явления и процессы.
Такие модели остаются актуальными и в современном научном мире, так как ученые не располагают полное количество информации о том, какую молекулярную структуру имеют объекты. Но четкое отделение молекулярно-кинетической теории от термодинамической. Многие выводы, которые получены в термодинамике, используются для объяснения молекулярно-кинетической теории, бывают случаи, когда действие происходит наоборот. Две данные области дополняют друг друга.
Так как система состоит из множества как больших, так и малых частиц, изучать ее достаточно сложно и не всегда получается делать это точно. Чтобы рассмотреть каждую величину и ее свойства в отдельности, нет возможности. Для этого были введены специальные величины, например средняя скорость, масса частиц, их плотность в определенном объекте.
На основе этих данных было составлено простое математическое уравнение. Формула стала характеризовать состояние всей системы, но опираясь на микроскопические и макроскопические параметры. Уравнение получило название основного для молекулярно-кинетической теории газов.
Особенности статистического метода.
Данный метод часто применяется в различных областях молекулярной физики, когда рассматриваются предметы и явления. Он называется статический. Обычно статистический метод используют для изучения свойств систем. Он предполагает сбор информации, статистики, а далее происходит анализ всех собранных данных о той или иной системе.
Идеальный газ часто используется для простого и понятного объяснения молекулярно-кинетической теории. Движение молекул в нем не ограничивается ничем, только иногда они сталкиваются между собой или ударяются о стенки емкости. Стоит обратиться к конкретным примерам.
Пример 1
Задание: В начальный момент времени t=0 газ температуры T занимает полупространство $x
Решение: Чтобы решить данную задачу, следует выбрать формулу, которая представляет собой м кинетическое уравнение. Обязательно стоит брать в расчет, что молекулы не сталкиваются. Кроме того, за плотность следует принимать первоначальную плотность вещества. Тогда решение будет происходить очень просто.
Ответ: Плотность молекул будет распределяться в том случае, если молекулы не столкнутся между собой по формуле.
Пример 2
Задание: На рис. 1 представлен процесс в идеальном газе при постоянном объеме и переменной массе. Как изменяется масса газа в данном процессе?
Решение:
Данное задание можно решить через формулу
p=b+aT.
где b, a - постоянные величины, p - давление, T - термодинамическая температура.
Процесс в задаче протекает при постоянном объеме, но назвать его изохорным нельзя, потому что его масса является переменной величиной. Понадобится уравнение для идеального газа, оно имеет название уравнение Менделеева-Клайперона:
где V - объем газа, m - масса газа, ? - молярная масса газа, R - универсальная газовая постоянная.
Надо будет выразить массу газа, а затем лишь подставить вместо показателя давления полученное уравнение. Получится пропорция, ее можно решить и получить число. Из этого решения можно сделать вывод, что в случае, когда температура газа растет, то масса снижается.
Ответ: В заданном процессе масса газа уменьшается.