Главная > Физика > Физика для средних специальных учебных заведений
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

Глава 3. МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ГАЗООБРАЗНОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА

§ 3.1. Характеристика газообразного состояния вещества.

Вспомним, что главную роль в поведении газа играет хаотическое движение его молекул. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул газа Еиост значительно больше энергии их взаимодействия Ямин (рис. 2.1, б); силы взаимодействия не могут удержать молекулы друг возле друга, и они разлетаются по всему пространству, предоставленному газу. В таких условиях среднее расстояние между молекулами определяется их количеством и размерами сосуда, в котором заключен газ.

Если вокруг молекулы описать сферическую поверхность, радиус которой равен радиусу молекулярного действия, то ограниченное этой поверхностью пространство называется сферой молекулярного действия. С любой молекулой взаимодействуют только те молекулы, центры которых находятся внутри этой сферы.

Подсчет показывает, что при нормальных условиях среднее расстояние между молекулами газа составляет около 3 нм, в то время как радиус молекулярного действия равен приблизительно 1 нм. Следовательно, если в какой-либо момент времени вокруг всех молекул газа описать сферы молекулярного действия, то суммарный объем этих сфер составит незначительную часть общего объема, занятого газом, и большинство молекул окажется вне сфер действия других молекул. Это означает, что молекулы газа движутся равномерно и прямолинейно (по инерции), пока не столкнутся с другими молекулами (или со стенками сосуда). При столкновении меняются величина и направление скорости движения молекулы, и молекула движется с новой постоянной скоростью до следующего столкновения.

При столкновении молекул между ними возникают силы отталкивания, величина которых определяется значением Евост (рис. 2.1): чем больше тем больше и силы отталкивания. При их величина значительно больше сил притяжения, преобладающих в начале сближения молекул (на участке от до Поэтому обычно силами притяжения молекул газа можно пренебречь. Под действием больших сил отталкивания молекулы газа после соударения разлетаются в разные стороны.

При форма потенциальной ямы, величины которые зависят от рода газа, не оказывают существенного влияния на взаимодействие и хаотическое движение его молекул. Это объясняет, почему свойства различных газов (в обычных условиях) во многом близки.

Однако силами притяжения нельзя пренебрегать, когда газ сильно сжат и среднее расстояние между его молекулами становится близким к радиусу молекулярного действия . Существенную роль начинают играть силы притяжения молекул и при сильном охлаждении газа (уменьшении Епост), когда условие уже не выполняется. В том и другом случае начинают проявляться также и различия в свойствах разных газов.

Итак, характерной особенностью газообразного состояния вещества (при не слишком больших давлениях и не очень низких температурах) является то, что в каждый момент времени взаимодействующие молекулы газа составляют незначительную часть общего числа молекул и что в самом взаимодействии взаимным притяжением молекул практически можно пренебречь.

Не следует думать, что тепловое движение молекул газа обязательно только поступательное. Если молекула газа состоит из нескольких атомов, то при столкновениях она приобретает еще и вращательное движение. Скорости вращательного движения, как и поступательного, увеличиваются с ростом температуры, и вращательное движение также является тепловым. Итак, тепловое движение молекул многоатомного газа представляет собой поступательное и вращательное движение.

Отметим, что внутри молекулы атомы могут совершать еще и колебательное движение, однако при низких и средних температурах его роль незначительна, и только при очень высоких температурах колебательное движение атомов в молекулах газа вносит заметный вклад в тепловое движение.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление