Тиск і температура - студопедія

Речовина може перебувати обсязі, при температурі Т і тиск Р. Ці три величини, що характеризують стан речовини, називаються параметрами стану.

Тиск P - це скалярна величина, що характеризує розподіл сили по поверхні, на яку вона діє, і чисельно рівна силі, що діє по нормалі одиничної площі. (Рис.6.4)

де # 945; - кут між напрямком сили і нормаллю до площі S.

Тиск в системі СІ вимірюється в паскалях (Па); 1Па = 1H / м 2.

Позасистемні одиниці виміру тиску:

фізична атмосфера 1 кгс / см 2 = 9,8 × 10 4 Н / м 2 = 0,98 × 10 5 Н / м 2,

технічна атмосфера 1,013 × 10 5 Н / м 2. 1 мм рт. ст. = 133 Н / м 2,

1 бар = 10 5 Н / м 2.

Температуру вимірюють за шкалою Цельсія, де за нуль прийнята температура танення льоду а за шкалою Кельвіна - температура при якій швидкість молекул # 965; = 0 (рис 6.5).

Температура в градусах Цельсія (° С) і Кельвіна (ºК) пов'язана співвідношенням Т ºК = t ºC +273.

6.4 Швидкість і енергія молекул [розподіл Максвелла]

Для простоти розгляду руху молекул. приймемо:

а) зіткнення молекул газу відбуваються як зіткнення пружних куль;

б) розміри молекул зневажливо малі в порівнянні з обсягом, займаним газом;

в) між молекулами не виявляються сили взаємного тяжіння.

Газ в якому виконуються ці умови називається ідеальним. Реальним наближенням до цієї найпростішої системі є гази при низькому тиску і не дуже високих температурах. Ідеальним можна вважати повітря, азот, кисень, гелій і водень при звичайних умовах.

З припущення хаотичності молекулярного руху слід, що швидкості молекул ідеального газу можуть приймати будь-які значення в межах від 0 до ∞. Максвеллом в 1859 р теоретично знайдена функція розподілу молекул за швидкостями і енергій, яка дозволяє обчислювати чис ло молекул, що знаходяться в одиниці об'єму газу, швидкість яких лежить в одиничному інтервалі швидкостей d # 965; в околиці заданої швидкості # 965 ;. Функція розподілу має вигляд

де k - постійна Больцмана, яка дорівнює 1,38 · 10 -23 Дж / К.

При деякому значенні швидкості функція розподілу проходить через максимум (рис. 6.6). Швидкість, яка відповідає максимуму функції розподілу, називається вірогідною швидкістю

Середня швидкість молекул

Ефективне значення швидкість молекул

Розподіл молекул по енергіях поступального руху

Поряд з поступальним рухом можливо обертання і коливання молекул. На кожну поступальну і обертальну ступінь свободи доводиться енергія теплового руху, колебательную - kT.

Числом ступенів свободи матеріального об'єкта називається кількість незалежних координат, які необхідно задати, щоб однозначно визначити положення цього об'єкта щодо даної системи відліку.

Так, як матеріальна точка в просторі визначається трьома координатами х, у, z. то, вона має три ступені свободи. Тверде тіло має шість ступенів свободи: координати х, у, z визначають положення центра мас, кути # 952 ;, # 966;, # 968; - обертання тіла навколо осі x, y, z.

Система з N матеріальних точок, між якими немає жорстких зв'язків, має 3 N ступенів свободи. Двохатомна молекула з жорсткою зв'язком між атомами має п'ять ступенів свободи: три поступальні і дві обертальні.

Трьох-і багатоатомних молекули з жорсткою зв'язком мають, як і тверде тіло, шість ступенів свободи.

Двохатомна молекула з пружним зв'язком між атомами має шість ступенів свободи: координати х, у, г визначають положення центра інерції, кути # 952; і # 966; - положення осі системи, l - відстань між молекулами.

Розподіл енергії за ступенями свободи залишається справедливим, поки кінетична енергія частинок є квадратичною функцією швидкості. а потенційна - квадратичною функцією координат (малі гармонійні коливання).

Енергія хаотичного теплового руху однієї молекули

де i - сума числа поступальних, обертальних і подвоєного числа коливальних ступенів свободи молекули.