Основные положения МКТ

Для начала давайте вспомним все предыдущие разделы физики, которые мы изучали, и поймём, что всё это время мы рассматривали процессы, происходящие с макроскопическими телами (или объектами макромира). Теперь же мы будем изучать их строение и процессы, протекающие внутри них.

Определение. Макроскопическое тело – тело, состоящее из большого числа частиц. Например: машина, человек, планета, бильярдный шар…

Микроскопическое тело – тело, состоящее из одной или нескольких частиц. Например: атом, молекула, электрон… (рис. 1) 

Рис. 1. Примеры микро- и макрообъектов соответственно

Определив таким образом предмет изучения курса МКТ, следует теперь поговорить об основных целях, которые ставит перед собой курс МКТ, а именно:

1. Изучение процессов, происходящих внутри макроскопического тела (движение и взаимодействие частиц)

2. Свойства тел (плотность, масса, давление (для газов)

3. Изучение тепловых явлений (нагревание-охлаждение, изменения агрегатных состояний тела)-*

Изучение этих вопросов, которое будет проходить на протяжении всей темы, начнётся сейчас с того, что мы сформулируем так называемые основные положения МКТ, то есть некоторые утверждения, истинность которых уже давно не подвергается сомнениям, и, отталкиваясь от которых, будет строиться весь дальнейший курс.

Разберём их по очереди:

Первое основное положение МКТ; молекулы, атомы

Все вещества состоят из большого количества частиц – молекул и атомов.

Определение. Атом – мельчайшая частица химического элемента. Размеры атомов (их диаметр) имеет порядок   см. Стоит отметить, что различных типов атомов, в отличие от молекул, относительно немного. Все их разновидности, которые на сегодняшний день известны человеку, собраны в так называемой таблице Менделеева (см. рис. 2)

Рис. 2. Периодическая таблица химических элементов (по сути разновидностей атомов) Д. И. Менделеева

Молекула – структурная единица вещества, состоящая из атомов. В отличие от атомов, они больше и тяжелее последних, а главное, они обладают огромным разнообразием.

Вещество, молекулы которого состоят из одного атома, называются атомарными, из большего количества – молекулярными. Например: кислород, вода, поваренная соль ( ) – молекулярные; гелий серебро (He, Ag) – атомарные.

Причём следует понимать, что свойства макроскопических тел будут зависеть не только от количественной характеристики их микроскопического состава, но и от качественной.

Если в строении атомов вещество имеет какую-то определённую геометрию (кристаллическую решётку), или же, наоборот, не имеет, то этим телам будут присущи различные свойства. Например, аморфные тела не имеют строгой температуры плавления. Самый известный пример – это аморфный графит и кристаллический алмаз. Оба вещества состоят из атомов углерода.

Рис. 3. Графит и алмаз соответственно

Таким образом «из скольких, в каком взаимном расположении и каких атомов и молекул состоит вещество?» - первый вопрос, ответ на который приблизит нас к пониманию свойств тел.

Второе основное положение МКТ

Все частицы находятся в непрерывном тепловом хаотическом движении.

Так же, как и в рассматриваемых выше примерах, важно понимание не только количественных аспектов этого движения, но и качественных для различных веществ.

Молекулы и атомы твёрдых тел совершают лишь небольшие колебания относительно своего постоянного положения; жидких – также совершают колебания, но из-за больших размеров межмолекулярного пространства иногда меняются местами друг с другом; частички газа, в свою очередь, практически не сталкиваясь, свободно перемещаются в пространстве.

Третье основное положение МКТ

Частицы взаимодействуют друг с другом.

Взаимодействие это носит электромагнитный характер (взаимодействия ядер и электронов атома) и действует в обе стороны (как притягивание, так и отталкивание).

Здесь: d – расстояние между частицами; a – размеры частиц (диаметр).

Впервые понятие «атом» было введено древнегреческим философом и естествоведом Демокритом (рис. 4). В более поздний период активно задался вопросом о структуре микромира русский учёный Ломоносов (рис. 5).

На следующем занятии мы введём методы качественного обоснования основным положениям МКТ.

Сформулируйте основные положения МКТ.

• все вещества состоят из атомов, молекул и ионов.

• частицы находятся в непрерывном тепловом движении.

• между частицами действуют силы молекулярного взаимодействия.

• частицы находятся в постоянном покое.

• частицы находятся в непрерывном упорядоченном движении.

• частицы плотно упакованы в веществе (между ними нет промежутков).

• гравитационное взаимодействие между частицами пренебрежимо мало.

Выберете верные утверждения

• Классическая механика Ньютона не может объяснить тепловые явления.

• Тепловое движение происходит внутри любого движущегося тела.

• Молекулярно-кинетическая теория стремится объяснить тепловые процессы.

• Изменение агрегатных состояний вещества относится к тепловым явлениям.

Выберете тела, являющиеся макроскопическими

• Бабочка

• Песчинка

• Электрон

• Мотоцикл

• Протон

Какие из нижеперечисленных параметров являются макроскопическими?

• Скорость

• Давление

• Температура

• Кинетическая энергия

• Объём

В каком состоянии при нормальных условиях расстояния между молекулами больше всего?

• Лёд.

• Независимо от состояния, расстояние между молекулами сохраняется, т.к. речь идет об одном и том же веществе.

• Вода.

• Водяной пар.

Мельчайшая частица вещества, сохраняющая его химические, но не сохраняющая физические свойства.

Мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая его химические свойства.

Сопоставьте названия законов и формулировки.

• Масса физической системы сохраняется при всех природных и искусственных процессах.

• При постоянном давлении и температуре объёмы газов, вступающих в химическую реакцию, находятся в простых отношениях друг к другу и к объёмам газообразных продуктов реакции.

• Если два химических элемента образуют друг с другом более одного соединения, то массы одного элемента, приходящиеся на одну и ту же массу другого, относятся как небольшие целые числа.

• Ускорение, приобретаемое телом под действием приложенных к нему сил, прямо пропорционально равнодействующей силе, обратно пропорционально массе тела и направлено в сторону равнодействующей силы.

Укажите учёного (-ых), являющихся основоположниками МКТ.

• Д. Бернулли

• М. В. Ломоносов

• И. Ньютон

• Ж. Гей-Люссак

• Дж. Дальтон

Сопоставьте.

• физическая величина, характеризующая количество частиц (молекул, атомов, ионов и пр.), содержащихся в веществе.

• В равных объёмах различных газов, взятых при одинаковых температуре и давлении, содержится одно и то же количество молекул.

• 6,02 ∙ 1023 моль−1

• Физическая величина, численно равная количеству частиц в 1 моле любого вещества.

• Масса вещества, взятая в количестве 1 моля.

• Количество вещества, в котором содержится столько же молекул или атомов, сколько атомов содержится в углероде массой 12 г.

• Величина, показывающая, во сколько раз масса молекулы (атома) больше атомной единицы массы.