Молекулярная физика — Репетитор физики, математики

1 моль — это группа молекул (атомов, ионов), число которых равно 6,022•10²³ (это число называется постоянной Авогадро N_A).

Молярная масса $M$ [кг/моль] — это масса вещества, взятого в количестве 1 моль:

$M =m_0 \cdot N_A \qquad_{(13.1)}$

где $m_0$ [кг] — масса одной молекулы

Количество вещества $\nu$ [моль] — это количество групп по 1 Моль в каждой, может быть найдено через количество молекул N [безр.]:

$\nu =\frac{N}{N_A} \qquad_{(13.2)}$

или через массу вещества m:

$\nu =\frac{m}{M} \qquad_{(13.3)}$

Абсолютная температура $T$ [К] по шкале Кельвина и температура $t$ [⁰С] по шкале Цельсия связаны формулой:

$T = t + 273 \qquad_{(13.4)}$

Изменение температур в шкалах Кельвина и Цельсия имеет одинаковую величину:

$\Delta {T} =\Delta {t} \qquad_{(13.5)}$

Среднеквадратичная скорость $\bar{v}$ на 22% превышает наиболее часто встречающуюся скорость молекул газа. Эта скорость применяется для расчета температуры и средней кинетической энергии молекул газа:

$\bar{v}=\sqrt{\frac{3\cdot R\cdot T}{M}} \qquad_{(13.6)}$

$\bar{E_k}=\frac{m_0 \cdot {\bar{v}}^2 }{2} \qquad_{(13.7)}$

$\bar{E_k}=\frac{3 \cdot k \cdot T }{2} \qquad_{(13.8)}$

где $k=1,38 \cdot {10^{-23}}$ Дж/К — постоянная Больцмана, $R=k \cdot N_A = 8.31$ Дж/(моль•К) — универсальная газовая постоянная

Концентрация $n$ [м^-3] показывает количество молекул, находящееся в 1 м³ вещества:

$n=\frac{N }{V} \qquad_{(13.9)}$

Основное уравнение МКТ (молекулярно-кинетической теории) — давление газа $P$ [Па] пропорционально средней кинетической энергии и концентрации молекул:

$P=\frac{2 \cdot n \cdot E_k }{3} \qquad_{(13.10)}$

подставляя (13.8) в (13.10) получаем, что давление газа пропорционально абсолютной температуре и концентрации молекул:

$P= n \cdot k \cdot T \qquad_{(13.11)}$

Уравнение Менделеева-Клапейрона (уравнение состояния идеального газа):

$P \cdot V= \nu \cdot R \cdot T \qquad_{(13.12)}$

$P \cdot V=\frac{m \cdot R \cdot T}{M \; \; \qquad} \qquad_{(13.13)}$

Изопроцессы — это процессы изменения состояния газа при неизменном количестве вещества $\nu$ и одной из трех величин: $P; V; T$ :

1) Изобарный (изобарический) процесс при $\nu , P - const$ . График — изобара.

Закон Гей-Люссака:

$\frac{V_2}{V_1}=\frac{T_2}{T_1} \qquad_{(13.14)}$

2) Изохорный (изохорический) процесс при $\nu , V - const$ . График — изохора.

Закон Шарля:

$\frac{P_2}{P_1}=\frac{T_2}{T_1} \qquad_{(13.15)}$

3) Изотермический процесс при $\nu , T - const$ . График — изотерма.

Закон Бойля-Мариотта:

$P_2 \cdot V_2 = P_1 \cdot V_1 \qquad_{(13.16)}$

Парциальное давление газа — это давление отдельно взятого компонента газовой смеси.

Давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений газов, входящих в смесь (закон Дальтона):

$P_{_{CM}} = P_1 + P_2 +...+ P_n \qquad_{(13.17)}$

Пар — газообразное состояние жидкости над ее поверхностью. Водяной пар — невидимый газ, состоящий из молекул воды.

Насыщенный водяной пар — газ, достигший за счет испарения максимально возможного давления $P_{_H}$ и плотности $\rho_{_H}$ при данной температуре.

Давление насыщенного пара не зависит то объема, оно увеличивается при росте температуры и снижается при уменьшении температуры.

Ненасыщенный водяной пар — газ, давление $P$ и плотность $\rho$ которого ниже, чем у насыщенного пара.

Ненасыщенный пар можно сделать насыщенным снижая температуру. Температура, при которой пар при охлаждении становится насыщенным и начинает конденсироваться, называется точкой росы.

Относительная влажность — отношение парциального давления водяных паров в воздухе $P$ к давлению насыщенных водяных паров $P_{_H}$ при данной температуре:

$\varphi =\frac{P}{P_{_H}} \qquad_{(13.18)}$

Относительную влажность можно рассчитать через значение плотностей пара:

$\varphi =\frac{\rho}{\rho_{_H}} \qquad_{(13.19)}$