Мікро- та макропараметри стану газу

Система, що складається з великого числа молекул, називається макросистемою. Макросистема, відокремлена від зовнішніх тел стінками з постійними властивостями, після тривалого проміжку часу приходить в рівноважний стан. Цей стан можна описати рядом параметрів, які називаються параметрами стану. Розрізняють мікропараметри і макропараметри стану.

До мікропараметрам стану можна віднести наступні фізичні величини: масу m0 молекул, їх швидкість, середню квадратичну швидкість молекул, середню кінетичну енергію молекул, середній час між зіткненнями молекул, довжину їх вільного пробігу та ін. Це такі параметри, які можна віднести і до однієї молекулі макросистеми.

Макропараметри стану характеризують тільки рівноважну систему в цілому. До них відносяться обсяг V. тиск p. температура T. щільність à, Концентрація n. внутрішня енергія U. електричні, магнітні та оптичні параметри. Значення цих параметрів можуть бути встановлені за допомогою вимірювальних приладів.

Молекулярно-кінетична теорія ідеального газу встановлює відповідність між мікропараметрамі і макропараметрами газу.

Таблиця. Mікропараметри стану

Середня квадратична швидкість руху молекул

Середня кінетична енергія поступального руху

Таблиця. макропараметри стану

Спосіб вимірювання (непрямий метод)

Мірний циліндр з водою; вимір розмірів і розрахунок за формулами геометрії

Вимірювання маси, об'єму і розрахунок

Вимірювання щільності і розрахунок з урахуванням молярної маси

Склад (молярна маса і співвідношення кількостей)

Приготування газу змішанням заданих мас або об'ємів

Найпростішою моделлю молекулярно-кінетичної теорії є модель ідеального газу. У кінетичної моделі ідеального газу молекули розглядаються як ідеально пружні кульки, які взаємодіють між собою і зі стінками тільки під час пружних зіткнень. Сумарний обсяг всіх молекул передбачається малим в порівнянні з об'ємом посудини, в якому знаходиться газ. Модель ідеального газу досить добре описує поведінку реальних газів в широкому діапазоні тисків і температур.

Завдання молекулярно-кінетичної теорії полягає в тому, щоб встановити зв'язок між мікроскопічними (маса, швидкість, кінетична енергія молекул) і макроскопічними параметрами (тиск, газ, температура). В результаті кожного зіткнення між молекулами і молекул зі стінкою швидкості молекул можуть змінюватися по модулю і по напрямку; на інтервалах між послідовними зіткненнями молекули рухаються рівномірно і прямолінійно.

В основі молекулярно-кінетичної теорії лежать три основних положення:

1. Всі речовини - рідкі, тверді і газоподібні - утворені з найдрібніших частинок - молекул, які самі складаються з атомів ( «елементарних молекул»). Молекули хімічної речовини можуть бути простими і складними, тобто складатися з одного або декількох атомів. Молекули і атоми являють собою електрично нейтральні частинки. При певних умовах молекули й атоми можуть набувати додатковий електричний заряд і перетворюватися в позитивні або негативні іони.

2. Атоми і молекули перебувають у безперервному хаотичному русі.

3. Частинки взаємодіють один з одним силами, що мають електричну природу. Гравітаційна взаємодія між частинками дуже малий.

4. Отже, середня енергія припадає на одну ступінь свободи: