![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Основное уравнение кинетической теории газов
Если в предыдущем разделе применялся термодинамический метод исследования, то в этом разделе будет использован статистический метод исследования молекулярных процессов. На основании исследования совокупного действия молекул будут получены такие термодинамические параметры, как давление и температура. Для расчетов воспользуемся моделью идеального газа с точки зрения молекулярно-кинетической теории: 1. молекулы газа непрерывно и хаотично движутся; 2. молекулы взаимодействуют только во время удара; 3. удары молекул абсолютно упругие; 4. размеры молекул малы по сравнению с расстоянием между ними.
При каждом соударении со стенкой молекула передает ей импульс, равный mv1 - (- mv1) = 2 mv1, где m - масса молекулы, v1 -ее скорость. За время Dt молекула пройдет путь v1Dt, соударится со стенкой число раз, равное v1Dt/2l, и передаст стенке импульс DP1 = mv12Dt/l. Просуммируем импульс, переданный стенке всеми n молекулами: DP = (mDt/l)(v12 + v22 +...+ vn2). В данном выражении находится сумма квадратов скоростей. Статистическое усреднение будет заключаться в том, что мы введем новую среднюю величину - среднеквадратичную скорость - по формуле v кв 2 = (v12 + v22 +...+ vn2)/n. Следует заметить, что v кв приблизительно на 10% больше, чем средняя скорость молекулы, которая определяется по формуле: v ср = (v1 + v2 +... + vn)/n. Используя выражение для v кв 2, получим DP = mv кв 2Dtn/l. По второму закону Ньютона на стенку будет действовать сила F = DP/Dt = mv кв 2n/l. Давление газа на стенку найдем по формуле p = F/S = F/l 2 или p = mv кв2 n/l3. Используя формулу (9.8), получим окончательно
Мы получили основное уравнение кинетической теории газов, которое связывает макроскопический параметр - давление газа - с микроскопическими параметрами молекул. Величина no(mv кв 2/2) есть кинетическая энергия молекул, заключенная в единице объема. Отсюда следует, что давление есть мера плотности кинетической энергии молекул. Сравнивая формулы (9.9) и (9.7), получим выражение для средней кинетической энергии молекулы
Итак, мы пришли к важному выводу: кинетическая энергия молекул зависит только от абсолютной температуры. Отсюда следует физический смысл температуры: абсолютная температура есть мера средней энергии поступательного движения молекул. Из формулы (9.10) можно найти среднеквадратичную скорость движения молекул: v кв2 = 3 kT/m = 3RT/m. Для кислорода при комнатной температуре v кв» 480 м/с и сравнима со скоростью пули.
|