Частина I НАВЧАЛЬНИЙ ДОВІДНИК — З ПРИКЛАДАМИ ТА ЗАВДАННЯМИ

МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА І ТЕРМОДИНАМІКА

1. ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНО-КІНЕТИЧНОЇ ТЕОРІЇ

1.1. ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ МОЛЕКУЛЯРНО-КІНЕТИЧНОЇ ТЕОРІЇ ТА ЇХ ДОСЛІДНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ

Молекулярна фізика — розділ фізики, у якому розглядаються закономірності атомно- молекулярної будови макроскопічних тіл (систем).

Основні положення молекулярно-кінетичної теорії (МКТ)

I положення. Усі речовини складаються з молекул або інших структурних одиниць (атомів, йонів і електронів), розділених проміжками.

♦ Свідченням дискретної побудови речовини є фотографії, одержані за допомогою йонного, електронного і тунельного мікроскопів. Про наявність проміжків між молекулами свідчить зміна об'єму твердих тіл і рідини при змінюванні їхньої температури, дифузія.

II положення. Молекули або інші структурні частинки перебувають у неперервному хаотичному русі (рис. 1.1, а).

♦ Підтвердженням цього положення с явища дифузії, броунівського руху, осмосу.

Дифузія — це процес перерозподілу концентрації атомів у просторі шляхом хаотичної, тобто теплової, міграції.

Осмос — однобічна дифузія.

Броунівський рух — хаотичний рух частинок твердого тіла, що зависли у рідині або в газі (рис. 1.1, б). Відкритий у 1827 р. англійським ботаніком Р. Броуном. Спостерігається в оптичний мікроскоп зі збільшенням Г ≈ 500. Пояснюється поштовхами молекул, які оточують частинку, внаслідок їх неупорядкованого теплового руху.

Рис. 1.1

III положення. Молекули або атоми одночасно притягуються і відштовхуються, а рівнодійна цих сил називається силою міжмолекулярної взаємодії.

♦ Свідченням є виникнення пружних сил при деформації тіл, виникнення сил поверхневого натягу, збереження об'єму рідинами та твердими тілами.

♦ Сили молекулярної взаємодії є силами притягання й відштовхування, залежать від відстані між молекулами і переважно виникають унаслідок взаємодії електричних зарядів, які входять до їх складу. Ці сили є короткодіючими.

Графік залежності сили молекулярної взаємодії F_м.в від відстані між молекулами для найпростіших молекул зображений на рис. 1.2.

Рис. 1.2

• Якщо r = r₀ ≈ d_м (d_м — діаметр молекули), молекули перебувають у рівновазі.

• Якщо r < r₀, переважають сили відштовхування.

• Якщо 10r₀ > r > r₀, переважають сили притягання.

• Якщо r ≈ 10r₀, сили притягання мізерно малі, тому ними можна знехтувати. Отже, відстань дії молекулярних сил близько ~ 10^-9 м.