Молекулярная физика

Молекулярная физика - раздел физики, в котором изучаются физические свойства тел в различных агрегатных состояниях на основе рассмотрения их молекулярного строения.

Основные положения МКТ, их опытное обоснование.

• 1.Все вещества состоят из мельчайших частиц (атомов, молекул), между которыми есть промежутки. ОПЫТНЫЕ ОБОСНОВАНИЯ:
изменение размеров тела при нагревании, смешивание веществ. 2. Частицы вещества находятся в непрерывном хаотическом движении (тепловом движении). ОПЫТНЫЕ ОБОСНОВАНИЯ: диффузия, броуновское движение. Диффузия – взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого, обусловленное непрерывным хаотическим движением молекул. Скорость диффузии зависит от температуры. Это значит, скорость движения молекул растёт при нагревании тела. Поэтому непрерывное хаотическое движение молекул называют тепловым. Броуновское движение - беспорядочное движение видимых, взвешенных в жидкости (или газе) частиц твёрдого вещества (пылинки, частички пыльцы растения и так далее), вызываемое тепловым движением частиц жидкости (или газа). Броуновское движение является следствием и свидетельством существования теплового движения 3.Между молекулами действуют силы притяжения и отталкивания . Силы взаимодействия зависят от расстояния между молекулами, т. е эти силы представляют функции расстояния. Зависимость эта такова, что силы убывают по некоторому закону по мере увеличения расстояния между массами и возрастают при уменьшении расстояния между ними (красный график). ОПЫТНЫЕ ОБОСНОВАНИЯ 1.Сохранение формы и размеров тел. 2.Восстановление их после упругой деформации

Распределение молекул по скоростям в газе. Опыт Штерна.

Впервые проведён немецким физиком Отто Штерном в 1920 году. Опыт явился одним из первых практических доказательств состоятельности молекулярно-кинетической теории строения вещества. В нём были непосредственно измерены скорости теплового движения молекул и подтверждено наличие распределения молекул газов по скоростям.

Прибор состоит из двух цилиндров разного радиуса, оси которых совпадают. На оси располагается платиновая проволока с нанесённым слоем серебра. В пространстве внутри цилиндров поддерживается достаточно низкое давление. При пропускании электрического тока через проволоку она нагревается до температуры плавления серебра, из-за чего атомы начинают испаряться и летят к внутренней поверхности малого цилиндра равномерно и прямолинейно со скоростью v, соответствующей подаваемому на концы нити напряжению. Во внутреннем цилиндре проделана узкая щель, через неё атомы беспрепятственно пролетают далее. Стенки цилиндров специально охлаждаются, что способствовует оседанию попадающих на них атомов. В таком состоянии на внутренней поверхности большого цилиндра образовывалась достаточно чёткая узкая полоса серебряного налёта, расположенная прямо напротив щели малого цилиндра. Затем всю систему начинают вращать с некой достаточно большой угловой скоростью ω. При этом полоса налёта смещается в сторону, противоположную направлению вращения, и теряет чёткость. Измерив смещение s наиболее тёмной части полосы от её положения, когда система покоилась, Штерн определил время полёта, через которое нашёл скорость движения молекул:

,

где s — смещение полосы, l — расстояние между цилиндрами, а u — скорость движения точек внешнего цилиндра.

Найденная таким образом скорость движения атомов серебра совпала со скоростью, рассчитанной по законам молекулярно-кинетической теории. Тот факт, что получившаяся полоска была размытой, свидетельствовал в пользу того, что скорости атомов различны и распределены по некоторому закону — закону распределения Максвелла: атомы, двигавшиеся быстрее, смещались относительно полосы, полученной в состоянии покоя, на меньшие расстояния, чем те, которые двигались медленнее.

Распределение Максвелла

Кривые распределения молекул по скоростям начинаются в начале координат, асимптотически приближаются к оси абсцисс при бесконечно больших скоростях. Слева от максимума кривые идут круче, чем справа. То, что кривая распределения начинается в начале координат, означает, что неподвижных молекул в газе нет. Из того, что кривая асимптотически приближается к оси абсцисс при бесконечно больших скоростях, следует, что молекул с очень большими скоростями мало. Это легко объяснимо. Для того чтобы молекула могла приобрести при столкновениях очень большую скорость, ей необходимо получить подряд много таких столкновений, при которых она получает энергию, и ни одного столкновения, при котором она ее теряет. А такая ситуация маловероятна.