Конспект лекций по физике для довузовской подготовки москва -2014

Конспект
лекций
60 
– 
все
вещества
состоят
из
молекул
(
атомов
) 
и
имеют
дискрет
-
ное
строение
; 
– 
молекулы
постоянно
участвуют
в
хаотическом
движении
; 
– 
между
молекулами
существуют
силы
взаимодействия
. 
Размеры
молекул
растут
с
увеличением
числа
атомов
в
них
и
лежат
в
пределах
10
-10

10
-7
м
. 
За
единицу
 
измерения
 
атомных
 
масс
принимается
12
1
мас
-
сы
атома
изотопа
углерода
12
С
, 
которая
называется
атомной
единицей
массы
(
а
.
е
.
м
.), 1 
а
.
е
.
м
. = 1,66057

10
-27
кг
(m
ед
). 
Относительной
 
моле
-
кулярной
 
массой
 
М
о
является
безразмерная
величина
, 
равная
отно
-
шению
массы
m
о
молекулы
данного
вещества
к
m
ед
. 
Масса
молекулы
определяется
как
m
о
= 
М
о

m
ед
. 
Единицей
количества
вещества
является
моль
. 
Моль
равен
количеству
 
вещества
, 
в
 
котором
 
содержится
 
столько
 
молекул
 
или
 
атомов
, 
сколько
 
атомов
 
находится
 
в
 0,012 
кг
 
углерода
 
12
С
.
 
Моляр
-
ной
 
массой
 
М
(
или
часто

) 
называется
масса
вещества
в
количестве
1 
моль
. 
В
одном
моле
любого
вещества
(
вне
зависимости
от
его
агре
-
гатного
состояния
) 
содержится
одинаковое
число
молекул
или
атомов
(N
A
=6,02

10
23
моль
-1
), 
которое
называется
постоянной
 
Авогадро
.
Та
-
ким
образом
, 
массу
молекулы
можно
определить
как
m
о
=
A
N
M
. 
5.1.2.
Агрегатные
 
состояния
 
вещества
Почти
все
вещества
могут
находиться
в
трех
агрегатных
со
-
стояниях
– 
газообразном
, 
жидком
 
и
 
твердом
. 
Определяющей
данное
разделение
величиной
обычно
является
отношение

средней
потен
-
циальной
энергии
взаимодействия
молекул
к
их
среднекинетической
энергии
: 
для
газов

1, 
для
жидкости

1 
и
для
твердых
тел

1. 
В
результате
больших
расстояний
между
молекулами
в
газах
и
, 
как
следствие
, 
слабых
сил
межмолекулярного
взаимодействия
(
много
-
компонентные
силы
электрической
природы
, 
характеризующие
при
-
тяжение
и
отталкивание
молекул
), 
молекулы
движутся
в
них
почти
свободно
, 
заполняя
весь
объем
. 

В
.
А
. 
Никитенко
, 
А
.
П
. 
Прунцев
61
В
жидкостях
межмолекулярное
взаимодействие
сказывается
бо
-
лее
сильно
, 
поэтому
тепловое
движение
молекул
(
атомов
) 
проявляется
в
их
малых
колебаниях
около
положения
равновесия
и
частых
перескоках
из
одного
положения
в
другое
. 
Таким
образом
, 
жидкость
имеет
только
ближний
порядок
в
расположении
частиц
и
характерную
текучесть
. 
Основные
виды
твердого
состояния
вещества
– 
аморфное
и
кристаллическое
. 
Аморфное
состояние
(
стекло
), 
как
и
жидкость
, 
имеет
согласованность
в
расположении
бли
-
жайших
частиц
, 
но
малую
вероятность
их
пе
-
рескоков
(
по
сути
переохлажденная
жидкость
с
повышенной
вязкостью
). 
В
кристаллах
ато
-
мы
совершают
только
колебания
вблизи
узлов
трехмерной
кристаллической
решетки
, 
при
этом
их
структура
имеет
высокую
степень
упорядоченности
. 
Поря
-
док
, 
свойственный
расположению
атомов
в
кристалле
, 
часто
приво
-
дит
к
симметрии
его
наружной
формы
. 
В
кристаллической
структуре
выделяют
мельчайшие
«
строительные
блоки
» (
элементарные
ячейки
), 
путем
переноса
которых
в
трех
направлениях
(
трансляции
) 
можно
по
-
строить
весь
кристалл
. 
Элементарные
ячейки
разнообразны
: 
простая
кубическая
решетка
(
рис
. 5.1), 
объемно
-
центрированная
кубическая
структура
и
т
.
д
. 
В
кристаллах
возможен
полиморфизм
: 
способность
некоторых
веществ
существовать
в
состояниях
с
различной
кристаллической
структурой
. 
Например
, 
углерод
может
иметь
структуру
алмаза
(
соче
-
тание
двух
гранецентрированных
кубических
подрешеток
, 
вставлен
-
ных
друг
в
друга
) 
и
гексагональную
структуру
(
графит
). 
В
1985 
году
в
университете
Райса
обнаружена
возможность
атомов
углерода
со
-
единяться
в
оболочки
с
60 
гранями
(
напоминают
футбольный
мяч
). 
За
открытие
и
исследование
«
нового
углерода
», 
обладающего
уникаль
-
ными
свойствами
, 
ученым
Г
. 
Крото
, 
Р
. 
Смолли
и
Р
. 
Керлу
при
-
суждена
Нобелевская
премия
1996 
года
. 
Встречаются
и
кристаллические
решетки
, 
состоящие
из
моле
-
кул
, 
удерживаемых
слабыми
межмолекулярными
силами
(
лед
, 
твердые
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рис
. 5.1 
 

Конспект
лекций
62 
простые
вещества
, 
образованные
многоатомными
молекулами
, 
кристал
-
лы
многих
полимеров
, 
например
, 
белков
и
нуклеиновых
кислот
и
т
.
д
.). 
Кристаллы
с
подобными
решетками
назвали
молекулярными
. 
Особым
состоянием
некоторых
органических
веществ
явля
-
ются
жидкие
 
кристаллы
, 
которые
обладают
свойством
жидкости
– 
текучестью
, 
но
сохраняют
определенную
упорядоченность
в
распо
-
ложении
молекул
и
анизотропию
ряда
свойств
. 
Четвертым
агрегатным
состоянием
вещества
часто
считают
плазму
, 
представляющую
собой
газ
заряженных
частиц
(
ионов
, 
элек
-
тронов
и
т
.
д
.), 
которые
электрически
взаимодействуют
друг
с
другом
на
больших
расстояниях
. 
В
чистом
виде
ее
можно
получить
при
на
-
греве
газа
до
колоссальной
температуры
Т
=10
6
К
. 
Плазма
является
наиболее
распространенным
состоянием
вещества
во
Вселенной
. 
5.1.3.
Температура
Со
средней
кинетической
энергией
молекул
связана
важная
характеристика
состояния
вещества
, 
называемая
температурой
. 
Тем
-
пература
, 
измеряемая
в
системе
СИ
в
кельвинах
, 
вводится
как
вели
-
чина
, 
пропорциональная
средней
кинетической
энергии
молекул
: 
Т
= 
2
ik
W
к
. 
(5.1) 
В
этом
выражении
i – 
число
степеней
свободы
молекулы
, 
а
k=1,38

10
-
23
Дж
/
К
– 
постоянная
Больцмана
. 
Из
(5.1) 
при
i=1 
следует
, 
что
на
одну
степень
свободы
приходится
энергия
W
k
T
2
к
1

. 
(5.2) 
В
принципе
, 
можно
измерять
температуру
в
единицах
энергии
– 
джо
-
улях
, 
но
тогда
ее
непосредственное
измерение
было
бы
затруднено
, 
кроме
того
, 
средняя
кинетическая
энергия
молекул
– 
очень
малая
ве
-
личина
. 
Поэтому
значительно
удобней
измерять
температуру
косвен
-
ным
образом
(
например
, 
в
ртутном
термометре
фиксируется
увеличе
-
ние
объема
ртути
при
нагревании
). 
Согласно
решению
XI 
Генеральной
конференции
по
мерам
и
весам
(1960 
г
.) 
в
настоящее
время
применяют
только
две
температур
-

В
.
А
. 
Никитенко
, 
А
.
П
. 
Прунцев
63
ные
шкалы
– 
термодинамическую
(
абсолютную
) 
и
Международную
практическую
, 
градуированные
соответственно
в
кельвинах
(
К
) 
и
в
градусах
Цельсия
(
0
С
). 
В
Международной
практической
шкале
температур
реперны
-
ми
(
опорными
) 
точками
являются
температура
таяния
льда
0
0
С
и
ки
-
пения
воды
100
0
С
при
нормальном
атмосферном
давлении
1,013

10
5
Па
. 
В
термодинамической
шкале
температура
таяния
льда
равна
273,15
К
(
при
том
же
давлении
), 
поэтому
абсолютная
темпера
-
тура
по
термодинамической
шкале
Т
и
температура
t 
по
Междуна
-
родной
практической
шкале
связаны
соотношением
Т
=273,15+t
*
. 
По
размеру
один
градус
Кельвина
и
градус
Цельсия
равны
(1
0
С
=1
К
). 
Достичь
абсолютного
нуля
температуры
Т
=0
К
практически
невозможно
(
противоречит
законам
квантовой
механики
), 
молекулы
всегда
участвуют
в
движении
, 
но
приблизиться
к
нему
удается
до
-
вольно
близко

10
-6
К
. 

жүктеу/скачать 1,26 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: