Молекулярно-кинетическая теория

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Молекулярно-кинетическая теория (сокращённо МКТ) — теория, возникшая в XIX веке и рассматривающая строение вещества, в основном газов, с точки зрения трёх основных приближенно верных положений:

МКТ стала одной из самых успешных физических теорий и была подтверждена целым рядом опытных фактов. Основными доказательствами положений МКТ стали:

На основе МКТ развит целый ряд разделов современной физики, в частности, физическая кинетика и статистическая механика. В этих разделах физики изучаются не только молекулярные (атомные или ионные) системы, находящиеся не только в «тепловом» движении, и взаимодействующие не только через абсолютно упругие столкновения. Термин же молекулярно-кинетическая теория в современной теоретической физике уже практически не используется, хотя он встречается в учебниках по курсу общей физики.

История теории[править | править вики-текст]

Фундаментом МКТ является атомическая гипотеза, согласно которой чувственно воспринимаемые (материальные) вещи состоят из химически неделимых частиц — атомов. 2500 лет назад в Древней Греции зародилась атомическая гипотеза, ее авторами являются Левкипп и Демокрит из Абдеры.

В 1738 Даниил Бернулли опубликовал труд «Гидродинамика», в котором заложил основы МКТ.

Началом становления МКТ послужила теория М. В. Ломоносова[1][2]. Ломоносов опытным путём опроверг теории о теплороде и флогистоне, подготовив тем самым молекулярно-кинетическую теорию XIX века Рудольфа Клаузиуса, Людвига Больцмана и Джеймса Максвелла.

Основное уравнение МКТ[править | править вики-текст]

p= \frac{1}{3}m_0nv^2 . Основное уравнение МКТ связывает макроскопические параметры (давление, объём, температура) термодинамической системы с микроскопическими (масса молекул, средняя скорость их движения).

Упрощенный вывод основного уравнения МКТ[править | править вики-текст]

Пусть имеется N частиц массой m_0 в некотором кубическом сосуде.

Так как молекулы движутся хаотически, то события, состоящие в движении в одном из шести независимых направлений пространства, совпадающих с осями декартовой системы координат, равновероятны.

Поэтому, в каждом из этих направлении движется \frac{1}{6}N частиц.

Пусть все частицы обладают одинаковой скоростью v.

Каждая из частиц, сталкивающихся со стенкой, передаёт ей импульс \Delta P=2m_0v.

Если площадь стенки S, а концентрация - n, то количество частиц, сталкивающихся со стенкой за время \Delta t равно N=\frac{1}{6}nS\Delta tv.

Так как p=\frac{F}{S}, а F=\frac{\Delta P}{\Delta t}N - суммарная сила взаимодействия частиц со стенкой, то подставив соответствующие значения получим p= \frac{1}{3}m_0nv^2 ,

так как \bar{E_k} = \frac{1}{2}m\bar{v^2}, то p=\frac{2}{3}n \bar{E_k}

Уравнение среднеквадратичной скорости молекулы[править | править вики-текст]

Уравнение среднеквадратичной скорости молекулы легко выводится из основного уравнения МКТ для одного моля газа.

E_k = \frac{1}{2}m\bar{v^2} = \frac{3}{2}kT,

N_a m = M_r, где M_r — молярная масса газа, m — масса молекулы газа.

Отсюда окончательно

\bar{v} = \sqrt{\frac{3kTN_A}{M_r}} = \sqrt{\frac{3RT}{M_r}}[3]

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Фигуровский Н. А. Очерк общей истории химии. От древнейших времен до начала XIX в. — М.: Наука, 1969
  2. Михаил Васильевич Ломоносов. Избранные произведения в 2-х томах. М.: Наука. 1986
  3. Сивухин Д. В. Термодинамика и молекулярная физика // Общий курс физики. — М.: Наука, 1975. — Т. II. — С. 258. — 38 000 экз.

Литература[править | править вики-текст]