Определение

Молекулярная физика – обширный раздел физической науки, изучающий тела на основе их молекулярного строения.

Оно влияет практически на все макроскопические характеристики и свойства вещества. Исчерпывающе описать и объяснить их без использования законов молекулярной физики просто невозможно. Некоторые учащиеся теряются от неимоверного, на первый взгляд, количества её формул. На самом деле все формулы молекулярной физики можно свести к достаточно небольшому количеству, остальные либо легко выводятся, либо напрямую следуют из них. Нужно лишь эти формулы запомнить и понять. Тогда ни теоретические вопросы, ни решение задач не будут для вас представлять серьёзных трудностей.  

Самые главные законы и формулы молекулярной физики

К ним относятся уравнение Менделеева-Клайперона, включающее описание состояния идеального газа, законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Шарля.

Уравнение Менделеева-Клайперона

Формула 1

Оно описывает связь между числом молей идеального газа, его объёмом, температурой и давлением. Записывается уравнение следующим образом:

\[\mathrm{PV}=\mathrm{nRT}\]

P – давление, V — объём, n – число молей, R – газовая постоянная, T – температура.
Газовая постоянная равна R = 8,3 Дж/(моль·K)

Законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Шарля

В принципе, их можно вывести, как следствия из указанного выше уравнения. На самом деле первый закон был открыт в 1662 году, второй – в 1802 году, третий – в 1787 году. Это важнейшие, многократно экспериментально подтверждённые фундаментальные законы, уравнение Менделеева-Клайперона сводит их воедино.

Формулы 2 — 4

Закон Бойля-Мариотта утверждает, что если масса и температура идеального газа остаются постоянными, то величина, равная произведению его давления на объем тоже не меняются.

\[\mathrm{PV}=\text { const }\]

Другая формулировка этого закона состоит в том, что при постоянной температуре давление идеального газа пропорционально его объёму.

\[\mathrm{P}_{1} / \mathrm{P}_{2}=\mathrm{V}_{2} / \mathrm{V}_{1}\]

P1, V1 – давление и объём газа вначале физического процесса.
P2, V2 – давление и объём газа вначале физического процесса.
Сам этот процесс называется изотермическим.


Закон Гей-Люссака гласит, что при постоянном давлении объём газа прямо пропорционален его температуре.

\[\mathrm{V} / \mathrm{T}=\text { const }\]

Этот процесс называется изобарным.
\[V_{1} / T_{1}=V_{2} / T_{2}.\]


Закон Шарля постулирует, что при постоянных массе и объёме давление прямо пропорционально температуре идеального газа.

\[\mathrm{PT}=\mathrm{const}\]

\[\mathrm{P}_{1} / \mathrm{T}_{1}=\mathrm{P}_{2} / \mathrm{T}_{2}\]
Это изохорный процесс.
От природы частиц в идеальном газе мы абстрагируемся. Все они считаются точечными объектами, совершающими между собой абсолютно упругие столкновения.

Формулы термодинамики

Очень многие задачи невозможно решить только с помощью вышеуказанных законов, часто для нахождения тех или иных величин бывает необходимо воспользоваться формулами термодинамики.

Формулы 5 — 7

\[\mathrm{Q}=\mathrm{mc}\left(\mathrm{t}_{2}-\mathrm{t}_{1}\right)\]

Это формула для расчёта количества теплоты Q, выделившейся при изменении температуры тела с t1 до t2.  m – масса тела. C – коэффициент пропорциональности, называемый удельной теплоёмкостью.


\[\mathrm{Q}=\mathrm{A}+\Delta \mathrm{U}\]

Это первый закон термодинамики. Он гласит, что теплота Q сообщённая система расходуется на изменение её внутренней энергии ΔU и на работу системы против внешних сил A.


\[\mathrm{dH}=\mathrm{TdS}+\mathrm{Vdp}\]

Это формула расчёта термодинамического потенциала для энтальпии H.
T – температура, V – объём, p – давление, S – энтропия.
\[\mathrm{V}=\mathrm{dG} / \mathrm{dpS}\]
G – энергия Гибса
Напомним, что задание термодинамического потенциала в определённой форме равносильно заданию уравнения состояния для этой системы.

Нет времени решать самому?

Наши эксперты помогут!

Контрольная

| от 300 ₽ |

Реферат

| от 500 ₽ |

Курсовая

| от 1 000 ₽ |

Ещё несколько важных формул молекулярной физики

Формулы 8 — 10

\[\mathrm{P}=\mathrm{nkT}\]

По-другому данную формулу можно записать в виде:

\[\mathrm{P}=(1 / 3) \mathrm{nm}_{0} \mathrm{~V}\]

Это основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Оно связывает между собой макроскопические параметры идеального газа с его микроскопическими параметрами.

\[\boldsymbol{\mathrm{m}_{0}}\] – масса одной частицы (молекулы) газа.
k — постоянная Больцмана. Её значение равно k = 1,38·10–23 Дж/К.
n—концентрация. Её можно представить, как отношение числа частиц в газе к его объёму \[n=N/V\]

Также число частиц N равно произведению количества вещества ν, измеряемого в молях, на постоянную Авогардо NA.

\[\mathrm{N}=\mathrm{N}_{\mathrm{A}}{ }^{*} \mathrm{~V}\]

Постоянная Авогардо NA равна NA = 6.02214086 × 1023 Моль-1.

Один моль вещества содержит всегда одинаковое его минимальных частиц. В связи с этим целесообразно ввести понятие молярной массы или массы одного моля M. Измеряется она в килограммах и может быть записана в виде

M=κMr, где к – коэффициент пропорциональности. Mr – атомная масса вещества.

Также молярная масса может быть вычислена из уравнения Менделеева-Клайперона, если он записан в виде:

\[\mathrm{pV}=\mathrm{mRT} / \mathrm{M} .\]

Из него получаем:

\[\mathrm{M}=\mathrm{mRT} / \mathrm{pV}\]

Важно

Отметим, что механически заученные приведённые формулы позволят вам решать только самые простые задачи. Важно их именно понимать, разобраться в рассматриваемой теме в целом, вникнуть в суть явления. Только так можно по настоящему изучить физику и на отлично сдать экзамен. Непонимание предмета даст о себе знать ещё за долго до него. Если вы что-то не понимаете (это нормально при изучении физики), не откладывайте на потом, сразу спрашивайте, выясняйте, разбирайтесь, иначе количество неясностей будет расти подобно снежному кому, ведь все процессы в молекулярной физике (как и в природе) неразрывно взаимосвязаны между собой.

Выполнение любых работ по физике