Նյութի բոլոր մոլեկուլները մասնակցում են ջերմային շարժմանը, հետևաբար, ջերմային շարժման բնույթի փոփոխությամբ փոխվում է նաև նյութի վիճակը և նրա հատկությունները։ Այսպիսով, երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է, ջուրը եռում է՝ վերածվելով գոլորշու։ Ջերմաստիճանի իջեցման դեպքում ջուրը սառչում է և հեղուկից վերածվում պինդի։

ՍԱՀՄԱՆՈՒՄ

Ջերմաստիճանը- սկալյար ֆիզիկական քանակություն, որը բնութագրում է մարմնի տաքացման աստիճանը։

Ջերմաստիճանը մոլեկուլների ջերմային շարժման ինտենսիվության չափումն է և բնութագրում է վիճակը ջերմային հավասարակշռությունմակրոսկոպիկ մարմինների համակարգեր. համակարգի բոլոր մարմինները, որոնք միմյանց հետ ջերմային հավասարակշռության մեջ են, ունեն նույն ջերմաստիճանը:

Ջերմաստիճանը չափվում է ջերմաչափ. Ցանկացած ջերմաչափ օգտագործում է որոշ մակրոսկոպիկ պարամետրի փոփոխություն՝ կախված ջերմաստիճանի փոփոխությունից:

SI ջերմաստիճանի միավորը Քելվինի աստիճանն է (K): Ցելսիուսի սանդղակից դեպի Քելվինի ջերմաստիճանի սանդղակի (բացարձակ սանդղակ) անցման բանաձևը հետևյալն է.

որտեղ է ջերմաստիճանը Ցելսիուսում:

Նվազագույն ջերմաստիճանը բացարձակ սանդղակով համապատասխանում է զրոյի։ ժամը բացարձակ զրո ջերմային շարժումմոլեկուլները կանգ են առնում.

Որքան բարձր է մարմնի ջերմաստիճանը, այնքան մեծ է մոլեկուլների ջերմային շարժման արագությունը և, հետևաբար, ավելի մեծ է մարմնի մոլեկուլների էներգիան։ Այսպիսով, ջերմաստիճանը ծառայում է որպես մոլեկուլների ջերմային շարժման կինետիկ էներգիայի չափում։

Արմատ մոլեկուլների միջին քառակուսի արագություն

Մոլեկուլների արմատ-միջին քառակուսի արագությունը հաշվարկվում է բանաձևով.

որտեղ է Բոլցմանի հաստատունը, J/K.

Մեկ մոլեկուլի շարժման միջին կինետիկ էներգիան

Մեկ մոլեկուլի շարժման միջին կինետիկ էներգիան.

Բոլցմանի հաստատունի ֆիզիկական նշանակությունըկայանում է նրանում, որ այս հաստատունը որոշում է նյութի ջերմաստիճանի և այս նյութի մոլեկուլների ջերմային շարժման էներգիայի հարաբերությունը։

Կարևոր է նշել, որ մոլեկուլների ջերմային շարժման միջին էներգիան կախված է միայն գազի ջերմաստիճանից. Տվյալ ջերմաստիճանում մոլեկուլների փոխադրական քաոսային շարժման միջին կինետիկ էներգիան կախված չէ որևէ մեկից. քիմիական բաղադրությունըգազ՝ ոչ մոլեկուլների զանգվածի, ոչ գազի ճնշման, ոչ էլ գազի զբաղեցրած ծավալի վրա։

Խնդիրների լուծման օրինակներ

ՕՐԻՆԱԿ 1

Զորավարժություններ	Որքա՞ն է արգոնի մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան, եթե գազի ջերմաստիճանը C է:
Լուծում	Գազի մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան որոշվում է բանաձևով. Բոլցմանի հաստատունը. Եկեք հաշվարկենք.
Պատասխանել	Արգոնի մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան տվյալ ջերմաստիճանում J.

ՕՐԻՆԱԿ 2

Զորավարժություններ	Քանի՞ տոկոսով կաճի գազի մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան, երբ նրա ջերմաստիճանը 7-ից փոխվի:
Լուծում	Գազի մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան որոշվում է հարաբերությամբ. Ջերմաստիճանի փոփոխության պատճառով միջին կինետիկ էներգիայի փոփոխություն. Էներգիայի տոկոսային փոփոխություն. Եկեք միավորները փոխարկենք SI համակարգի. Եկեք հաշվարկենք.
Պատասխանել	Գազի մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան կավելանա 10%-ով։

ՕՐԻՆԱԿ 3

Զորավարժություններ	Քանի՞ անգամ է օդում կախված փոշու մասնիկի միջին քառակուսի արագությունը կգ քաշով պակաս, քան օդի մոլեկուլների արմատային միջին քառակուսի արագությունը:
Լուծում	Փոշու մասնիկի արմատ-միջին քառակուսի արագություն. Օդի մոլեկուլի RMS արագությունը. Օդի մոլեկուլային զանգված.

[Ֆիզիկայի թեստ 24] Միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժեր. Նյութի ագրեգատային վիճակ. Պինդ, հեղուկ, գազային մարմիններում մոլեկուլների ջերմային շարժման բնույթը և դրա փոփոխությունը ջերմաստիճանի բարձրացման հետ։ Ջերմային ընդլայնում հեռ. Պինդ մարմինների գծային ընդլայնումը տաքացնելիս: Պինդ մարմինների և հեղուկների ծավալային ջերմային ընդլայնում: Անցումներ ագրեգատ վիճակների միջև: Ֆազային անցման ջերմություն: Ֆազային հավասարակշռություն. Ջերմային հաշվեկշռի հավասարումը.

Միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժեր.

Միջմոլեկուլային փոխազդեցությունն իր բնույթով էլեկտրական է: Նրանց միջեւգործում են ներգրավման և վանման ուժերը, որոնք արագորեն նվազում են մեծանալու հետմոլեկուլների միջև հեռավորությունները.Գործում են վանող ուժերըմիայն շատ կարճ հեռավորությունների վրա:Գործնականում նյութի վարքը ևնրա ֆիզիկական վիճակըորոշվում է նրանով, թե ինչ էգերիշխող՝ գրավիչ ուժերկամ քաոսային ջերմային շարժում:Պինդ մարմիններում գերակշռում են ուժերըփոխազդեցություններ, այնպես որ նրանքպահպանում է իր ձևը.

Նյութի ագրեգատային վիճակ.

• ծավալը և ձևը պահպանելու ունակությունը (պինդ մարմին) կամ անկարողությունը (հեղուկ, գազ, պլազմա),
• հեռահար (պինդ մարմին) և կարճ հեռահար կարգի (հեղուկ) և այլ հատկությունների առկայությունը կամ բացակայությունը:

Պինդ, հեղուկ, գազային մարմիններում մոլեկուլների ջերմային շարժման բնույթը և դրա փոփոխությունը ջերմաստիճանի բարձրացման հետ։

Պինդ մարմիններում ջերմային շարժումը հիմնականում տատանողական է։ Բարձրության վրա
ջերմաստիճանը, ինտենսիվ ջերմային շարժումը խանգարում է մոլեկուլներին մոտենալ միմյանց՝ գազային
վիճակը, մոլեկուլների շարժումը թարգմանական է և պտտվող։ . 1%-ից պակաս ծավալային գազերում
վերաբերում է հենց մոլեկուլների ծավալին։ Միջանկյալ ջերմաստիճաններում
մոլեկուլները անընդհատ կշարժվեն տարածության մեջ՝ փոխանակելով տեղերը, սակայն
նրանց միջև հեռավորությունը շատ ավելի մեծ չէ, քան d - հեղուկը: Մոլեկուլների շարժման բնույթը
հեղուկի մեջ ունի տատանողական և թարգմանական բնույթ (այն պահին, երբ դրանք
ցատկել նոր հավասարակշռության դիրքի):

Ջերմային ընդլայնում հեռ.

Մոլեկուլների ջերմային շարժումը բացատրում է մարմինների ջերմային ընդարձակման երեւույթը։ ժամը
ջեռուցման ամպլիտուդ տատանողական շարժումմոլեկուլները մեծանում են, ինչի արդյունքում
մարմնի չափի ավելացում.

Պինդ մարմինների գծային ընդլայնումը տաքացնելիս:

Կոշտ մարմնի գծային ընդլայնումը նկարագրվում է L=L0(1+at) բանաձևով, որտեղ a-ն գծային ընդարձակման գործակիցն է ~10^-5 K^-1:

Պինդ մարմինների և հեղուկների ծավալային ջերմային ընդլայնում:

Մարմինների ծավալային ընդլայնումը նկարագրվում է նմանատիպ բանաձևով՝ V = V0(1+Bt), B-ն ծավալային ընդլայնման գործակիցն է, իսկ B=3a։
Անցումներ ագրեգատ վիճակների միջև:

Նյութը կարող է լինել պինդ, հեղուկ, գազային վիճակում։ Սրանք
վիճակները կոչվում են նյութի համախառն վիճակներ: Նյութը կարող է շարժվել
մի պետություն մյուսին. Նյութի վերափոխման բնորոշ հատկանիշն է
կայուն անհամասեռ համակարգերի գոյության հնարավորությունը, երբ նյութը կարող է
գտնվում է միանգամից մի քանի ագրեգացման վիճակում: Նման համակարգերը նկարագրելիս
օգտագործել նյութի փուլի ավելի լայն հասկացություն: Օրինակ՝ ածխածինը պինդ վիճակում
ագրեգատային վիճակը կարող է լինել երկու տարբեր փուլերում՝ ադամանդի և գրաֆիտի: փուլ
կոչվում է համակարգի բոլոր մասերի ամբողջությունը, որը արտաքինի բացակայության դեպքում
ազդեցությունը ֆիզիկապես միատարր է: Եթե ​​տվյալ նյութի մի քանի փուլ
ջերմաստիճանը և ճնշումը գոյություն ունեն միմյանց հետ շփման մեջ, և միևնույն ժամանակ մեկի զանգվածը
փուլը մյուսի նվազման պատճառով չի ավելանում, ապա մեկը խոսում է փուլային հավասարակշռության մասին:

Ֆազային անցման ջերմություն:

Ֆազային անցման ջերմություն- ջերմության այն քանակությունը, որը պետք է հաղորդվի նյութին (կամ հեռացվի դրանից) նյութի հավասարակշռված իզոբար-իզոթերմային անցման ժամանակ մի փուլից մյուսը (առաջին տեսակի փուլային անցում - եռում, հալում, բյուրեղացում, պոլիմորֆ փոխակերպում, և այլն):

Երկրորդ տեսակի փուլային անցումների դեպքում փուլային փոխակերպման ջերմությունը զրո է:

Հավասարակշռության փուլային անցումը տվյալ ճնշման դեպքում տեղի է ունենում հաստատուն ջերմաստիճանում՝ փուլային անցման ջերմաստիճանում: Ֆազային անցման ջերմությունը հավասար է փուլային անցման ջերմաստիճանի և էնտրոպիայի տարբերության արտադրյալին երկու փուլերում, որոնց միջև տեղի է ունենում անցումը:

Ֆազային հավասարակշռություն.

Մոլեկուլների ջերմային շարժում.
Ամենահամոզիչ փաստը մոլեկուլների բրոունյան շարժումն է։ Մոլեկուլների բրոունյան շարժումը հաստատում է ջերմային շարժման քաոսային բնույթը և այդ շարժման ինտենսիվության կախվածությունը ջերմաստիճանից։ Առաջին անգամ փոքր պինդ մասնիկների անկանոն շարժումը նկատվել է անգլիացի բուսաբան Ռ. Բրաունի կողմից 1827 թվականին՝ հաշվի առնելով ջրի մեջ կախված պինդ մասնիկները՝ մամուռի սպորները: Ուսանողների ուշադրությունը հրավիրեք այն փաստի վրա, որ վեճերի շարժումը տեղի է ունենում ուղիղ գծերով, որոնք կազմում են կոտրված գիծ: Այդ ժամանակից ի վեր հեղուկի կամ գազի մեջ մասնիկների շարժումը կոչվում է Բրոունյան։ Կատարեք ստանդարտ ցուցադրական փորձ «Բրաունյան շարժման դիտարկում»՝ օգտագործելով երկու բաժակով կլոր տուփ:

Փոխելով հեղուկի կամ գազի ջերմաստիճանը, օրինակ՝ մեծացնելով այն, կարելի է մեծացնել Բրոունյան շարժման ինտենսիվությունը։ Բրոունյան մասնիկը շարժվում է մոլեկուլային ազդեցությունների ազդեցության տակ։ Մասնիկի բրոունյան շարժման բացատրությունն այն է, որ հեղուկի կամ գազի մոլեկուլների ազդեցությունը մասնիկի վրա չի ջնջում միմյանց։ Բրոունյան շարժման քանակական տեսությունը մշակվել է Ալբերտ Էյնշտեյնի կողմից 1905 թվականին։ Էյնշտեյնը ցույց տվեց, որ բրոունյան մասնիկի տեղաշարժի միջին քառակուսին համաչափ է միջավայրի ջերմաստիճանին, կախված է մասնիկի ձևից և չափից և ուղիղ համեմատական ​​է դիտարկման ժամանակին։ Ֆրանսիացի ֆիզիկոս Ջ.Պերինը մի շարք փորձեր է անցկացրել, որոնք քանակապես հաստատել են Բրոունյան շարժման տեսությունը։

Անոթի պատի վրա հարվածների քանակի հաշվարկ:Դիտարկենք իդեալական միատոմ գազ V ծավալով անոթում հավասարակշռված վիճակում: Առանձնացնենք v-ից v + dv արագությամբ մոլեկուլներ: Այնուհետև այս արագություններով  և  անկյունների ուղղությամբ շարժվող մոլեկուլների թիվը հավասար կլինի.

dN v,, = dN v d/4. (14.8)

Առանձնացնենք dP. մակերեսով տարրական մակերես, որը կվերցնենք որպես անոթի պատի մաս։ Ժամանակի միավորի համար այս տարածքին կհասնեն մոլեկուլները, որոնք փակված են dП հիմքով և v cos  բարձրությամբ թեք գլանով (տես նկ. 14.3): Մեր կողմից ընտրված մոլեկուլների կողմից ընտրված մակերևույթի հատումների քանակը (պատի վրա հարվածների քանակը) d v,, հավասար կլինի մոլեկուլների կոնցենտրացիայի արտադրյալին և այս թեքության ծավալին։ գլան:

d v,, = dП v cos  dN v,, /V, (14.9)
որտեղ V-ը գազ պարունակող նավի ծավալն է։

2 պինդ անկյան տակ գտնվող անկյունների վրա ինտեգրելով (14.9) արտահայտությունը, որը համապատասխանում է  և  անկյունների փոփոխությանը համապատասխանաբար 0-ից /2 և 0-ից 2 տիրույթում, մենք ստանում ենք բանաձև. v-ից v + dv արագություններ ունեցող մոլեկուլների պատի վրա հարվածների ընդհանուր քանակի հաշվարկը:

Ամբողջացնելով արտահայտությունը բոլոր արագությունների վրա՝ մենք ստանում ենք, որ dP մակերեսով պատի վրա մոլեկուլների ազդեցությունների թիվը միավոր ժամանակում հավասար կլինի.

. (14.11)

Հաշվի առնելով սահմանումը Միջին արագությունըմենք ստանում ենք, որ մոլեկուլների ազդեցությունների թիվը միավոր մակերեսի պատի վրա մեկ միավորի ժամանակ հավասար կլինի.

= N/V /4 = n /4.

Բոլցմանի բաշխումը, այսինքն՝ մասնիկների բաշխումը արտաքին պոտենցիալ դաշտում, կարող է օգտագործվել՝ որոշելու համար օգտագործվող հաստատունները. մոլեկուլային ֆիզիկա. Այս ոլորտում ամենակարևոր և հայտնի փորձերից է Պերինի աշխատանքը Ավոգադրոյի թվի վերաբերյալ։ Քանի որ գազի մոլեկուլները տեսանելի չեն նույնիսկ մանրադիտակի միջոցով, փորձի ժամանակ օգտագործվել են շատ ավելի մեծ բրոունյան մասնիկներ: Այս մասնիկները տեղադրվել են լուծույթի մեջ, որտեղ նրանց վրա գործում է լողացող ուժ։ Այս դեպքում բրոունյան մասնիկների վրա ազդող ծանրության ուժը նվազել է, և այդպիսով մասնիկների բաշխումը բարձրության վրա կարծես թե ձգվել է։ Սա հնարավորություն տվեց դիտարկել այս բաշխումը մանրադիտակի տակ։

Դժվարություններից մեկն էլ հենց նույն չափի և ձևի կասեցված մասնիկներ ստանալն էր։ Պերինն օգտագործել է մաստիկի և մաստիկի մասնիկներ։ Gummigut քսում ջրի մեջ. Պերինը ստացել է վառ դեղին էմուլսիա, որի մեջ մանրադիտակի տակ դիտարկելիս կարելի էր տարբերել բազմաթիվ գնդաձև հատիկներ։ Մեխանիկական հղկման փոխարեն Փերինը նաև մաստիկ կամ մաստիկ էր մշակում սպիրտով, որը լուծեց այդ նյութերը։ Երբ նման լուծույթը նոսրացվում էր մեծ քանակությամբ ջրով, նույն գնդաձև հատիկներից ստացվում էր էմուլսիա, ինչ մաստակի մեխանիկական մանրացման ժամանակ։ Ճիշտ նույն չափի հատիկներ ընտրելու համար Փերինը ջրի մեջ կախված մասնիկները ենթարկեց կրկնակի ցենտրիֆուգացման և այս կերպ ստացավ շատ միատարր էմուլսիա, որը բաղկացած էր միկրոմետրի շառավղով գնդաձև մասնիկներից: Վերամշակելով 1 կգ gummigut՝ Փերինը մի քանի ամիս հետո ստացել է մի մասնաբաժին, որը պարունակում է ցանկալի չափի մի քանի դեցիգրամ հատիկներ: Այս ֆրակցիայով իրականացվել են այստեղ նկարագրված փորձերը։

Էմուլսիան ուսումնասիրելիս անհրաժեշտ էր չափումներ կատարել բարձրության աննշան տարբերություններով՝ ընդամենը միլիմետրի մի քանի հարյուրերորդական մասում: Ուստի մասնիկների բարձրության բաշխումն ուսումնասիրվել է մանրադիտակի միջոցով։ Շատ բարակ ապակի, որի վրա բացված լայն անցք էր, սոսնձված էր մանրադիտակի սլայդին (ցուցված է նկարում): Այս կերպ ստացվել է հարթ լոգանք (Zeiss (1816-1886) կյուվետա), որի բարձրությունը մոտ 100 մկմ (0,1 մմ) էր։ Լոգանքի կենտրոնում դրվել է էմուլսիայի մի կաթիլ, որն անմիջապես հարթվել է ծածկոցով։ Գոլորշիացումից խուսափելու համար ծածկույթի եզրերը ծածկվել են պարաֆինով կամ լաքով։ Այնուհետև դեղը կարելի էր դիտարկել մի քանի օր կամ նույնիսկ շաբաթներ: Պատրաստուկը տեղադրվել է մանրադիտակի բեմի վրա, որը խնամքով տեղադրված է հորիզոնական դիրքում: Ոսպնյակն ուներ շատ մեծ խոշորացում՝ ֆոկուսի փոքր խորությամբ, այնպես որ կարող էին միաժամանակ տեսնել միայն մասնիկները շատ բարակ հորիզոնական շերտի ներսում՝ մի միկրոմետրի կարգի հաստությամբ: Մասնիկները կատարեցին ինտենսիվ բրոունյան շարժում: Մանրադիտակը կենտրոնացնելով կոնկրետի վրա հորիզոնական շերտէմուլսիա, հնարավոր եղավ հաշվել այս շերտի մասնիկների քանակը։ Այնուհետև մանրադիտակը կենտրոնացվեց մեկ այլ շերտի վրա, և կրկին հաշվեցին տեսանելի բրոունյան մասնիկների քանակը։ Այս կերպ հնարավոր եղավ որոշել տարբեր բարձրությունների վրա բրոունյան մասնիկների կոնցենտրացիաների հարաբերակցությունը։ Բարձրության տարբերությունը չափվել է մանրադիտակի միկրոմետրային պտուտակով:

Այժմ անցնենք կոնկրետ հաշվարկներին։ Քանի որ Բրոունյան մասնիկները գտնվում են գրավիտացիայի և Արքիմեդի դաշտում, այդպիսի մասնիկի պոտենցիալ էներգիան

Այս բանաձեւում p-ը մաստակի խտությունն է, p-ն հեղուկի խտությունն է, V-ը՝ մաստակի մասնիկի ծավալը։ Պոտենցիալ էներգիայի հղման կետն ընտրվում է բջջի ներքևում, այսինքն՝ h = 0-ում: Նման դաշտի համար Բոլցմանի բաշխումը գրում ենք ձևով.

n(h) = n0e kT = n0e kT . Հիշեցնենք, որ n-ը h բարձրության վրա մեկ միավոր ծավալի մասնիկների քանակն է, իսկ n0-ը h = 0 բարձրության վրա մեկ միավոր ծավալի մասնիկների քանակն է։

Մանրադիտակով h բարձրության վրա տեսանելի AN գնդիկների թիվը հավասար է n(h)SAh-ի, որտեղ S-ը էմուլսիայի տեսանելի մասի մակերեսն է, իսկ Ah-ը մանրադիտակի դաշտի խորությունն է (Պերինի փորձի ժամանակ , այս արժեքը 1 մկմ էր): Այնուհետև երկու h1 և h2 բարձրությունների մասնիկների թվերի հարաբերակցությունը գրում ենք հետևյալ կերպ.

AN1 = ((p-p") Vg (h2 _ h1) - exp

Հաշվելով հավասարման երկու կողմերի լոգարիթմը և կատարելով պարզ հաշվարկներ՝ մենք ստանում ենք Բոլցմանի հաստատունի արժեքը, այնուհետև Ավոգադրոյի թիվը.

k(p_p") Vg (h2 _ h1)

Ներսում աշխատելիս տարբեր պայմաններև տարբեր էմուլսիաներով Պերինը ստացավ արժեքներ Ավոգադրոյի հաստատունի համար՝ տատանվում է 6,5 1023-ից մինչև 7,2 1023 մոլ-1: Սա մոլեկուլային-կինետիկ տեսության ուղղակի ապացույցներից մեկն էր, որի վավերությանը այն ժամանակ ոչ բոլոր գիտնականներն էին հավատում։

Մոլեկուլների միջին էներգիան.

Թեմա՝ Միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժեր. Ագրեգատ

նյութի վիճակը. Պինդում մոլեկուլների ջերմային շարժման բնույթը,

հեղուկ և գազային մարմիններ և դրա փոփոխությունը ջերմաստիճանի բարձրացման հետ:

Ջերմային ընդլայնում հեռ. Փուլային անցումներ. Ջերմային փուլ

անցումներ. Ֆազային հավասարակշռություն.

Միջմոլեկուլային փոխազդեցությունն իր բնույթով էլեկտրական է: Նրանց միջեւ

գործում են ներգրավման և վանման ուժերը, որոնք արագորեն նվազում են մեծանալու հետ

մոլեկուլների միջև հեռավորությունները.

Հակող ուժերը գործում են միայն շատ փոքր հեռավորությունների վրա:

Գործնականում նյութի վարքագիծը և դրա ագրեգացման վիճակը որոշվում է գերակշռողով` գրավիչ ուժերով կամ քաոսային ջերմային շարժումով:

Պինդ մարմիններում գերակշռում են փոխազդեցության ուժերը, ուստի նրանք պահպանում են իրենց ձևը: Փոխազդեցության ուժերը կախված են մոլեկուլների ձևից և կառուցվածքից, ուստի դրանց հաշվարկման համար չկա մեկ օրենք։

Այնուամենայնիվ, եթե պատկերացնենք, որ մոլեկուլները ունեն գնդաձև ձև, ընդհանուր բնույթՓոխազդեցության ուժերի կախվածությունը մոլեկուլների միջև հեռավորությունից –r ներկայացված է Նկար 1-ա-ում: Նկար 1-բ-ում ներկայացված է մոլեկուլների փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիայի կախվածությունը նրանց միջև եղած հեռավորությունից: Որոշակի հեռավորության վրա r0 (տարբեր նյութերի համար տարբեր է) Fattract.= Fretract. Պոտենցիալ էներգիան նվազագույն է, rr0-ում գերակշռում են վանող ուժերը, իսկ rr0-ում՝ հակառակը։

Գծապատկեր 1-գ ցույց է տալիս մոլեկուլների կինետիկ էներգիայի անցումը պոտենցիալ էներգիայի դրանց ջերմային շարժման ընթացքում (օրինակ՝ թրթռումներ): Բոլոր թվերում կոորդինատների սկզբնաղբյուրը հավասարեցված է մոլեկուլներից մեկի կենտրոնին: Մոտենալով մեկ այլ մոլեկուլի, նրա կինետիկ էներգիան վերածվում է պոտենցիալ էներգիայի և հասնում է իր առավելագույն արժեքին r=d հեռավորությունների վրա։ d-ն կոչվում է մոլեկուլների արդյունավետ տրամագիծ (նվազագույն հեռավորությունը, որին մոտենում են երկու մոլեկուլների կենտրոնները։

Պարզ է, որ արդյունավետ տրամագիծը, ի թիվս այլ բաների, կախված է ջերմաստիճանից, քանի որ ավելի բարձր ջերմաստիճանի դեպքում մոլեկուլները կարող են ավելի մոտենալ միմյանց:

Ցածր ջերմաստիճանի դեպքում, երբ մոլեկուլների կինետիկ էներգիան փոքր է, դրանք ձգվում են մոտ և նստում որոշակի կարգով՝ ագրեգացման պինդ վիճակ։

Պինդ մարմիններում ջերմային շարժումը հիմնականում տատանողական է։ Բարձր ջերմաստիճանի դեպքում ինտենսիվ ջերմային շարժումը թույլ չի տալիս մոլեկուլներին մոտենալ միմյանց՝ գազային վիճակ, մոլեկուլների շարժումը թարգմանական է և պտտվող։ Միջանկյալ ջերմաստիճանում մոլեկուլները շարունակաբար կշարժվեն տարածության մեջ՝ փոխանակելով տեղերը, բայց նրանց միջև հեռավորությունը շատ ավելի մեծ չէ, քան d- հեղուկը: Հեղուկի մեջ մոլեկուլների շարժման բնույթը տատանողական է և թարգմանական (այն պահին, երբ նրանք ցատկում են նոր հավասարակշռության դիրքի):

Մոլեկուլների ջերմային շարժումը բացատրում է մարմինների ջերմային ընդարձակման երեւույթը։ Երբ տաքացվում է, մեծանում է մոլեկուլների թրթռումային շարժման ամպլիտուդը, ինչը հանգեցնում է մարմինների չափերի մեծացման։

Կոշտ մարմնի գծային ընդլայնումը նկարագրվում է բանաձևով.

լ լ 0 (1 տ), որտեղ է գծային ընդլայնման գործակիցը 10-5 K-1: Մարմինների ծավալային ընդարձակումը նկարագրվում է նմանատիպ բանաձևով՝ V V0 (1 տ), ծավալային ընդլայնման գործակիցն է և =3։

Նյութը կարող է լինել պինդ, հեղուկ, գազային վիճակում։ Այս վիճակները կոչվում են նյութի ագրեգատային վիճակներ։ Նյութը կարող է փոխվել մի վիճակից մյուսը: Նյութի փոխակերպման բնորոշ հատկանիշը կայուն տարասեռ համակարգերի առկայության հնարավորությունն է, երբ նյութը կարող է լինել միանգամից մի քանի ագրեգացման վիճակում։

Նման համակարգերը նկարագրելիս օգտագործվում է նյութի փուլի ավելի լայն հասկացություն։ Օրինակ, ածխածինը ագրեգացման պինդ վիճակում կարող է լինել երկու տարբեր փուլերում՝ ադամանդ և գրաֆիտ: Փուլը համակարգի բոլոր մասերի ամբողջությունն է, որը արտաքին ազդեցության բացակայության դեպքում ֆիզիկապես միատարր է։ Եթե ​​տվյալ ջերմաստիճանում և ճնշման դեպքում նյութի մի քանի փուլ գոյություն ունի՝ շփվելով միմյանց հետ, և միևնույն ժամանակ մի փուլի զանգվածը մյուսի նվազման պատճառով չի ավելանում, ապա խոսում են փուլային հավասարակշռության մասին։

Նյութի անցումը մի փուլից մյուսը կոչվում է փուլային անցում: Ֆազային անցման ժամանակ տեղի է ունենում նյութի հատկությունների կտրուկ (առաջանում է ջերմաստիճանի նեղ միջակայքում) որակական փոփոխություն։ Այս անցումները ուղեկցվում են էներգիայի, խտության և այլ պարամետրերի կտրուկ փոփոխությամբ։ Կան առաջին և երկրորդ տեսակի փուլային անցումներ: Առաջին տեսակի փուլային անցումները ներառում են հալում, կարծրացում (բյուրեղացում), գոլորշիացում, խտացում և սուբլիմացիա (գոլորշիացում պինդ մարմնի մակերևույթից): Այս տեսակի փուլային անցումները միշտ կապված են ջերմության ազատման կամ կլանման հետ, որը կոչվում է թաքնված ջերմությունփուլային անցում.

Երկրորդ տեսակի փուլային անցումների ժամանակ էներգիայի և խտության կտրուկ փոփոխություն չկա: Ֆազային անցումային ջերմությունը նույնպես հավասար է 0-ի: Նման անցումների ժամանակ փոխակերպումները տեղի են ունենում անմիջապես ամբողջ ծավալում` փոփոխության արդյունքում: բյուրեղյա վանդակորոշակի ջերմաստիճանում, որը կոչվում է Կյուրիի կետ:

Դիտարկենք առաջին տեսակի անցումը: Երբ մարմինը տաքացվում է, ինչպես նշվեց, տեղի է ունենում մարմնի ջերմային ընդլայնում և, որպես հետևանք, մասնիկների փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիայի նվազում: Ստեղծվում է իրավիճակ, երբ որոշակի ջերմաստիճանում պոտենցիալ և կինետիկ էներգիաների հարաբերությունները չեն կարող ապահովել հին փուլային վիճակի հավասարակշռությունը, և նյութը անցնում է նոր փուլ։

Հալումը բյուրեղային վիճակից հեղուկ վիճակի անցումն է։ Q=m, հատուկ ջերմությունհալվելը, ցույց է տալիս, թե որքան ջերմություն է անհրաժեշտ 1 կգ-ը փոխանցելու համար ամուրհեղուկի մեջ հալման կետում, չափված J/kg-ով: Բյուրեղացման ընթացքում արտանետվող ջերմության քանակը հաշվարկվում է նույն բանաձևով. Հալումը և բյուրեղացումը տեղի են ունենում տվյալ նյութի որոշակի ջերմաստիճանում, որը կոչվում է հալման կետ:

Գոլորշիացում. Հեղուկի մոլեկուլները կապված են գրավիչ ուժերով, բայց ամենաարագ մոլեկուլներից մի քանիսը կարող են թողնել հեղուկի ծավալը: Այս դեպքում մնացած մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան նվազում է, և հեղուկը սառչում է։ Գոլորշիացումը պահպանելու համար անհրաժեշտ է ջերմություն մատակարարել՝ Q=rm, r-ը գոլորշիացման հատուկ ջերմությունն է, որը ցույց է տալիս, թե որքան ջերմություն պետք է ծախսվի 1 կգ հեղուկը մշտական ​​ջերմաստիճանում գազային վիճակի տեղափոխելու համար։

Միավորը՝ J/kg: Խտացման ժամանակ ջերմություն է արտազատվում։

Վառելիքի կալորիականությունը հաշվարկվում է Q=qm բանաձեւով։

Մեխանիկական և ջերմային հավասարակշռության պայմաններում անհամասեռ համակարգերի վիճակները որոշվում են ճնշման և ջերմաստիճանի սահմանմամբ, քանի որ այդ պարամետրերը նույնն են համակարգի յուրաքանչյուր մասի համար: Փորձը ցույց է տալիս, որ երբ երկու փուլերը գտնվում են հավասարակշռության մեջ, ճնշումը և ջերմաստիճանը փոխկապակցված են կախվածությամբ, որը հանդիսանում է փուլային հավասարակշռության կոր:

Կորի վրա ընկած կետերը նկարագրում են անհամասեռ համակարգ, որտեղ կա երկու փուլ: Տարածքների ներսում գտնվող կետերը նկարագրում են նյութի միատարր վիճակներ:

Եթե ​​մեկ նյութի բոլոր փուլային հավասարակշռությունների կորերը կառուցված են հարթության վրա, ապա նրանք այն կբաժանեն առանձին շրջանների, և նրանք իրենք կհամընկնեն մի կետում, որը կոչվում է եռակի կետ: Այս կետը նկարագրում է նյութի վիճակը, որում կարող են գոյակցել բոլոր երեք փուլերը: Նկար 2-ում կառուցված են ջրի վիճակի դիագրամներ:

Կարդացեք նաև. Ա) տարբեր մասնագիտական ​​խմբերի որակյալ մասնագետների մտավոր գործունեության արդյունք Ա) Ծառայության ընտրանքները Դիտել Ցուցադրման կարգավիճակի տողի մենյուի հրամանները Ա) իր ինտերֆեյսի մի մասը, որն ապահովում է անցում տեքստի վրա տարբեր գործողություններ կատարելուն I. Հռչակագիր-դիմում որակի համակարգի հավաստագրման համար II. Արտադրության վիճակի նախնական գնահատման նախնական տվյալներ I. Առողջապահական հաստատությունների աշխատողների վարձատրության ոլորտային համակարգի ձևավորման առանձնահատկությունները II. Դաշնային բյուջեի միջոցների գլխավոր ադմինիստրատորի, ադմինիստրատորի և ստացողի գործառույթների համար հաշվապահական գործառնությունների առանձնահատկությունները

Մոլեկուլը բնութագրող ամենակարևոր պարամետրերից մեկը փոխազդեցության նվազագույն պոտենցիալ էներգիան է: Մոլեկուլների միջև գործող գրավիչ ուժերը հակված են խտացնել նյութը, այսինքն՝ մոտեցնել նրա մոլեկուլները հեռավորության վրա: r 0, երբ նրանց փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիան նվազագույն է և հավասար, սակայն այս մոտեցմանը խոչընդոտում է մոլեկուլների քաոսային ջերմային շարժումը։ Այս շարժման ինտենսիվությունը որոշվում է մոլեկուլի միջին կինետիկ էներգիայով, որը կարգի է. կՏ, որտեղ կԲոլցմանի հաստատունն է: Համախառն վիճակներնյութերը զգալիորեն կախված են քանակությունների հարաբերակցությունից և կՏ.

Ենթադրենք, որ դիտարկվող մոլեկուլների համակարգի ջերմաստիճանն այնքան բարձր է, որ

կՏ>> Այս դեպքում ինտենսիվ քաոսային ջերմային շարժումը թույլ չի տալիս ձգողական ուժերին մոլեկուլները միացնել հեռավորության վրա մոտեցած մի քանի մասնիկների ագրեգատներին: r 0. բախումների ժամանակ մոլեկուլների մեծ կինետիկ էներգիան հեշտությամբ կկոտրի այդ ագրեգատները բաղկացուցիչ մոլեկուլների և, հետևաբար, կայուն ագրեգատների առաջացման հավանականությունը կամայականորեն փոքր կլինի: Այս հանգամանքներում քննարկվող մոլեկուլներն ակնհայտորեն գազային վիճակում կլինեն։

Եթե ​​մասնիկների համակարգի ջերմաստիճանը շատ ցածր է, այսինքն. կՏ << молекулам, действующими силами притяжения, тепловое движение не может помешать приблизиться друг к другу на расстояние близкое к r 0 որոշակի կարգով: Այս դեպքում մասնիկների համակարգը կլինի պինդ վիճակում, և ջերմային շարժման փոքր կինետիկ էներգիան կստիպի մոլեկուլներին պատահական փոքր թրթռումներ կատարել որոշակի հավասարակշռության դիրքերի շուրջ (բյուրեղային ցանցի հանգույցներ):

Վերջապես, մոտավոր հավասարությունից որոշված ​​մասնիկների համակարգի ջերմաստիճանում կՏ≈ մոլեկուլների ջերմային շարժման կինետիկ էներգիան, որի արժեքը մոտավորապես հավասար է ներգրավման պոտենցիալ էներգիային, չի կարողանա մոլեկուլը տեղափոխել զգալիորեն գերազանցող հեռավորություն. r 0 . Այս պայմաններում նյութը կլինի հեղուկ ագրեգացման վիճակում։

Այսպիսով, նյութը, կախված իր ջերմաստիճանից և իր բաղկացուցիչ մոլեկուլների չափերից, կլինի գազային, պինդ կամ հեղուկ վիճակում։

Նորմալ պայմաններում գազի մոլեկուլների միջև հեռավորությունը տասնյակ անգամ ավելի մեծ է, քան դրանց չափը (տես օրինակ 1.1). Ժամանակի մեծ մասը նրանք շարժվում են ուղիղ գծով առանց փոխազդեցության, և միայն ժամանակի շատ ավելի փոքր հատվածը, երբ նրանք գտնվում են այլ մոլեկուլներից մոտ հեռավորության վրա, փոխազդում են նրանց հետ՝ փոխելով նրանց շարժման ուղղությունը: Այսպիսով, գազային վիճակում մոլեկուլի շարժումը կարծես սխեմատիկորեն ներկայացված է Նկար 7-ում, ա.

Պինդ վիճակում նյութի յուրաքանչյուր մոլեկուլ (ատոմ) գտնվում է հավասարակշռության դիրքում (բյուրեղային ցանցի հանգույց), որի մոտ փոքր թրթռումներ է կատարում, և ուղղությունը (օրինակ. աա"նկ. 7, բ) և այս տատանումների ամպլիտուդը պատահականորեն փոխվում է (օրինակ՝ ուղղությամբ bb") այս տատանումների ժամանակաշրջանից շատ ավելի երկար ժամանակ անց. մոլեկուլների թրթռման հաճախականությունները ընդհանուր դեպքում նույնը չեն: Պինդ մարմնի առանձին մոլեկուլի թրթռումները ընդհանուր գծերով ներկայացված են նկ. 7, բ.

Պինդ մարմնի մոլեկուլներն այնքան ամուր են փաթեթավորված, որ նրանց միջև հեռավորությունը մոտավորապես հավասար է դրանց տրամագծին, այսինքն. հեռավորությունը r 0-ում նկ. 3. Հայտնի է, որ հեղուկ վիճակի խտությունը մոտավորապես 10%-ով փոքր է պինդ վիճակի խտությունից, մնացած բոլոր բաները հավասար են։ Հետևաբար, հեղուկ վիճակի մոլեկուլների միջև հեռավորությունը փոքր-ինչ ավելի մեծ է r 0 . Հաշվի առնելով, որ հեղուկ վիճակում մոլեկուլներն ունեն նաև ջերմային շարժման ավելի մեծ կինետիկ էներգիա, պետք է ակնկալել, որ, ի տարբերություն պինդ վիճակի, նրանք կարող են հեշտությամբ փոխել իրենց տեղը՝ կատարելով տատանողական շարժում՝ շարժվելով էապես չգերազանցող հեռավորության վրա։ մոլեկուլի տրամագիծը. Հեղուկ մոլեկուլի շարժման հետագիծը մոտավորապես նման է Նկարում սխեմատիկորեն ցուցադրվածին: 7, մեջ. Այսպիսով, հեղուկի մեջ մոլեկուլի շարժումը համատեղում է թարգմանական շարժումը, ինչպես դա տեղի է ունենում գազի մեջ, տատանողական շարժման հետ, որը դիտվում է պինդ վիճակում։