Презентация на тему: Основные положения МКТ

Основные

положения

На слайде воспроизведено трехмерное изображение поверхности кремния, полученное с использованием атомного силового микроскопа.

МКТ

Молекулярно-кинетическая теория

• учение о строении и свойствах вещества на основе представления о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химического вещества.
• Левкипп и Демокрит — 400 лет до н.э.
• М. В. Ломоносов — XVIII в. «0 причине теплоты и холода», «О коловратном движении корпускул».

Из поэмы Тита Лукреция Кара «О природе вещей», ч.1

Первоначала вещей, таким образом, просты и плотны,

Стиснуты будучи крепко, сцепленьем частей наименьших,

Но не являясь притом скопленьем отдельных частичек,

А отличаясь скорей вековечной своей простотою.

И ничего ни отторгнуть у них, ни уменьшить природа

Не допускает уже, семена для вещей сберегая.

Если не будет, затем ничего наименьшего, будет

Из бесконечных частей состоять и мельчайшее тело:

У половины всегда найдется своя половина,

И для деленья нигде не окажется вовсе предела.

Чем отличишь ты тогда наименьшую вещь от вселенной?

Ровно, поверь мне, ничем. Потому что, хотя никакого

Нет у вселенной конца, но ведь даже мельчайшие вещи

Из бесконечных частей состоять одинаково будут.

Здравый, однако же, смысл отрицает, что этому верить

Может наш ум, и тебе остается признать неизбежно

Существованье того, что совсем неделимо, являясь

По существу наименьшим. А если оно существует,

Должно признать, что тела изначальные плотны и вечны.

Если бы все, наконец, природа, творящая вещи,

На наименьшие части дробиться опять заставляла,

Снова она никогда ничего возрождать не могла бы.

Ведь у того, что в себе никаких уж частей не содержит,

Нет совсем ничего, что материи производящей

Необходимо иметь: сочетаний различных и веса,

Всяких движений, толчков, из чего созидаются вещи.

Атом и молекула

• АТОМ –

• МОЛЕКУЛА - наименьшая устойчивая частица вещества ,

наименьшая частица химического элемента ,

которая является носителем его химических свойств.

обладающая всеми химическими свойствами

и состоящая из одинаковых (простое вещество) или разных (сложное вещество) атомов, объединенных химическими связями.

Необходимо четко разграничить понятия атома и молекулы. Например, чистые металлы не имеют молекулярной структуры: нельзя говорить о «молекуле алюминия», только об атоме (и т.д.) Атом обладает химическими свойствами элемента, а молекула – свойствами вещества.

Вопросы к слайду: найти модели молекул простых и сложных веществ; как связаны подобные модели и химическая символика; каковы границы применимости данных моделей.

Три основных положения МКТ:

• Все вещества – жидкие, твердые и газообразные – образованы из мельчайших частиц – молекул, которые сами состоят из атомов.
• Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении.
• Частицы взаимодействуют друг с другом силами, имеющими электрическую природу.

Значение атомно-молекулярной теории

Если в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались бы уничтоженными, и грядущим поколениям живых существ перешла бы только одна фраза, то какое утверждение, составленной из наименьшего количества слов, принесло бы наибольшую информацию? Я считаю, что это - атомная гипотеза: Все тела состоят из атомов - маленьких телец, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно из них плотнее прижать к другому. В этой фразе... содержится невероятное количество информации о мире, стоит лишь приложить к ней немного воображения и чуть соображения.

Р. Фейнман. Лекции по физике, т.1, стр. 23

ЗНАЧЕНИЕ СТАТИСТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ

• Объяснение явлений природы: диффузии, поверхностного натяжения, теплового расширения тел и др.

• Предсказание свойств новых свойств материалов.
• Расчеты физических характеристик тел: теплоемкости, давление газа и др.
• Обоснование эмпирических законов идеального газа.

СТАТИСТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА

Система,

состоящая

из большого числа

частиц

Броуновское движение

Диффузия

Изопроцессы

Из коллекции www.eduspb.com

Диффузия

• явление проникновения частиц одного вещества в промежутки между частицами другого.
• Скорость диффузии зависит от температуры и состояния вещества (быстрее в газах).

Роль в природе, технике

1. Питание растений из почвы.

2. В организмах человека и животных всасывание питательных веществ происходит через стенки органов пищеварения.

3. Работа органов обоняния.

4. Цементация.

Обязательные демонстрации: диффузия в газах, жидкостях, твердых телах. Зависимость скорости диффузии от температуры.

Вопросы для обсуждения модели: причины диффузии, объяснение зависимости скорости диффузии от агрегатного состояния и температуры, возможные способы ускорения и замедления диффузии.

Траектория броуновской частицы.

• Открыто Р. Броуном (1827 г.).

• Теория создана А. Эйнштейном и М. Смолуховским (1905 г.).

• Экспериментально теория подтверждена в опытах Ж. Перрена (1908–1911 гг.).

Броуновское движение - беспорядочное движение мелких частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под влиянием теплового движения молекул.

Броуновские частицы движутся под влиянием беспорядочных ударов молекул. Из-за хаотического теплового движения молекул эти удары никогда не уравновешивают друг друга. Необходимо четко показать учащимся, что тепловое движение молекул вещества и броуновское движение это различные явления.

Из поэмы Тита Лукреция Кара «О природе вещей», ч.2

Дабы ты лучше постиг, что тела основные ** мятутся

В вечном движеньи всегда, припомни, что дна никакого

Нет у вселенной нигде, и телам изначальным остаться

Негде на месте, раз нет ни конца ни предела пространству,

Если безмерно оно и простерто во всех направленьях,

Как я подробно уже доказал на основе разумной.

Раз установлено так, то телам изначальным, конечно,

Вовсе покоя нигде не дано в пустоте необъятной.

Наоборот: непрерывно гонимые разным движеньем,

Частью далеко они отлетают, столкнувшись друг с другом,

Частью ж расходятся врозь на короткие лишь расстоянья.

Те, у которых тесней их взаимная сплоченность, мало

И на ничтожные лишь расстояния прядая порознь,

сложностью самых фигур своих спутаны будучи цепко,

Мощные корни камней и тела образуют железа

Стойкого, так же, как все остальное подобного рода,

прочие, в малом числе в пустоте необъятной витая,

прядают прочь далеко и далеко назад отбегают

На промежуток большой. Из них составляется редкий

Воздух, и солнечный свет они нам доставляют блестящий.

Множество, кроме того, в пустоте необъятной витает

Тех, что отброшены прочь от вещей сочетаний и снова

Не были в силах еще сочетаться с другими в движеньи.

Образ того, что сейчас описано мной, и явленье

Это пред нами всегда и на наших глазах происходит.

Вот посмотри: всякий раз, когда солнечный свет проникает

В наши жилища и мрак прорезает своими лучами,

Множество маленьких тел в пустоте, ты увидишь, мелькая,

Мечутся взад и вперед в лучистом сиянии света;

Будто бы в вечной борьбе они бьются в сраженьях и битвах

В схватки бросаются вдруг по отрядам, не зная покоя,

Или сходясь, или врозь беспрерывно опять разлетаясь.

Можешь из этого ты уяснить себе, как неустанно

Первоначала вещей в пустоте необъятной мятутся.

Так о великих вещах помогают составить понятье

Малые вещи, пути намечая для их постиженья.

Закон Бойля - Мариотта Закон Бойля - Мариотта утверждает, что произведение абсолютного давления газа на его удельный объем в изотермическом процессе  (при постоянной температуре)  есть величина постоянная: pv = const . Закон Гей-Люссака гласит, что при постоянном давлении  (изобар Закон Гей-Люссака ный процесс)  удельный объем газообразного вещества  (объем постоянной массы газа)  изменяется прямо пропорционально изменению абсолютных температур: v 1 /v 2  = T 1 /T 2 . Закон Шарля Закон Шарля, который иногда называют вторым законом Гей-Люссака, заключается в том, что при неизменном удельном объеме абсолютные давления газа изменяются прямо пропорционально изменению абсолютных температур: p 1 /p 2  = T 1 /T 2 .

Закон Авогадро Закон Авогадро утверждает, что все газы при одинаковом давлении и температуре содержат в равных объемах одинаковое число молекул. Из этого закона следует, что массы двух равных объемов различных газов с молекулярными массами  μ 1  и  μ 2 равны соответственно: М 1  = m 1 N     и     М 2  = m 2 N , Закон Дальтона Рабочее тело, используемое в термодинамических установках, обычно представляет собой смесь нескольких газов. Например, в двигателях внутреннего сгорания в состав продуктов сгорания, являющихся рабочим телом, входят водород, кислород, азот, окись углерода, углекислый газ, водяные пары воды и некоторые другие газообразные вещества. р см  = р 1  + р 2  + р 3  + ... + р n  = Σ р i , Уравнение Менделеева - Клайперона Если обе части уравнения состояния идеального газа  (уравнения Клайперона)  умножить на массу газа  М , получим следующее выражение: pvM = MRT ,

Уравнение состояния идеального газа  (иногда  уравнение Менделеева — Клапейрона  или  уравнение Клапейрона ) — формула, устанавливающая зависимость между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой идеального газа. Уравнение имеет вид: PVm=RT ,где P  — давление, Vm  — молярный объём, R  — универсальная газовая постоянная ( R  = 8,3144598(48)  Дж ⁄ (моль∙К) ) T  — абсолютная температура, К.

Газовая постоянная   —    универсальная физическая постоянная  R,  входящая вуравнение состояния 1  моля  идеального газа:  pv = RT  (см.  Клапейрона уравнение ) ,  где  р —  давление,  v — объём,  Т —  абсолютная температура. Г. п. имеет физический смысл работы расширения 1 моля идеальногогаза под постоянным давлением при нагревании на 1°. С другой стороны, разность молярных теплоёмкостей(См.  Теплоёмкость ) при постоянном давлении и постоянном объёме  ср - c v  = R  (для всех сильноразреженных газов). Г. п. обычно численно выражается в следующих единицах:           дж/град-моль.. 8,3143 ± 0,0012(1964 год)           эрг/град-моль.. .8,314-10 7           кал/град-моль..  1,986           л·атм/град-моль.. 82,05-10 -3          Универсальная Г. п., отнесённая не к 1 молю, а к 1 молекуле, называется Больцмана постоянной (См. Больцмана постоянная ).

Роберт Броун (Brown, Браун) 21.XII.1773–10.VI.1858

• Английский ботаник. Морфолого-эмбриологические исследования Брауна имели большое значение для построения естественной системы растений. Открыл зародышевый мешок в семяпочке, установил основное различие между покрытосеменными и голосеменными; в семяпочках хвойных открыл архегонии. Впервые правильно описал ядро в растительных клетках.

• Открыл в 1827 беспорядочное движение малых (размерами в нескольких мкм и менее) частиц, взвешенных в жидкости или газе, описал сложные зигзагообразные траектории.

Эйнштейн (Einstein) Альберт (14.III.1879–18.IV.1955)

• Физик-теоретик, один из основателей современной физики. Родился в Германии, с 1893 жил в Швейцарии, в 1933 эмигрировал в США. Создатель теории относительности, теории фотоэффекта и др. Нобелевская премия 1921 г.

В 1905 вышла в свет его первая серьезная научная работа, посвященная броуновскому движению: «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, вытекающем из молекулярно-кинетической теории».

Смолуховский Мариан (28.5.1872 – 5.9.1917)

• Польский физик. Основные работы по молекулярной физике и термодинамике. Теоретически обосновал явление температурного скачка на границе газ – твердое тело, показал ограниченность классической трактовки второго начала термодинамики, установил законы флуктуаций равновесных состояний и др.

В 1905 – 06 гг. исходя из кинетического закона распределения энергии создал теорию броуновского движения, которая доказала справедливость кинетической теории теплоты.

Перрен (Perrin) Жан Батист (30.IX.1870–17.IV.1942)

• Французский физик. Доказал, что катодные лучи представляют собой поток заряженных частиц. Изучал электрокинетические явления и предложил прибор для исследования электроосмоса (1904). Установил бимолекулярную структуру тонких мыльных пленок. Совместно с сыном Ф. Перреном исследовал явления флуоресценции. Нобелевская премия (1926).

Работы Перрена по изучению броуновского движения явились экспериментальным подтверждением теории Эйнштейна–Смолуховского; они позволили Перрену получить значение числа Авогадро, хорошо согласующееся со значениями, полученными др. методами, и окончательно доказать реальность молекул.