ما متوسط ​​المسافة بين جزيئات بخار الماء المشبع عند درجة حرارة 100 درجة مئوية؟

المشكلة رقم 4.1.65 من "مجموعة مشاكل التحضير لامتحانات القبول في الفيزياء بجامعة USPTU"

منح:

\(t=100^\circ\) C، \(l-?\)

حل المشكلة:

لنفكر في بخار الماء بكمية عشوائية تساوي \(\nu\) مولات. لتحديد الحجم \(V\) الذي تشغله كمية معينة من بخار الماء، تحتاج إلى استخدام معادلة كلابيرون-منديليف:

في هذه الصيغة، \(R\) هو ثابت الغاز العالمي الذي يساوي 8.31 J/(mol K). إن ضغط بخار الماء المشبع \(ع\) عند درجة حرارة 100 درجة مئوية هو 100 كيلو باسكال، وهذه حقيقة معروفة ويجب أن يعرفها كل طالب.

لتحديد عدد جزيئات بخار الماء \(N\) نستخدم الصيغة التالية:

هنا \(N_A\) هو عدد أفوجادرو، ويساوي 6.023·10 23 1/مول.

ثم يوجد لكل جزيء مكعب حجم \(V_0\)، يتم تحديده بوضوح بواسطة الصيغة:

\[(V_0) = \frac(V)(N)\]

\[(V_0) = \frac((\nu RT))((p\nu (N_A))) = \frac((RT))((p(N_A)))\]

انظر الآن إلى الرسم البياني للمشكلة. يقع كل جزيء بشكل مشروط في المكعب الخاص به، ويمكن أن تختلف المسافة بين جزيئين من 0 إلى \(2d\)، حيث \(d\) هو طول حافة المكعب. متوسط ​​المسافة \(l\) سيكون مساوياً لطول حافة المكعب \(d\):

يمكن العثور على طول الحافة \(d\) على النحو التالي:

ونتيجة لذلك نحصل على الصيغة التالية:

لنحول درجة الحرارة إلى مقياس كلفن ونحسب الإجابة:

الجواب: 3.72 نانومتر.

إذا لم تفهم الحل ولديك أي أسئلة أو وجدت خطأ، فلا تتردد في ترك تعليق أدناه.

الفيزياء. الجزيئات. ترتيب الجزيئات في المسافات الغازية والسائلة والصلبة.

1. 
   
   
2. في الحالة الغازية، لا ترتبط الجزيئات ببعضها البعض وتقع على مسافة كبيرة من بعضها البعض. حركة براونية. يمكن ضغط الغاز بسهولة نسبية.
   في السائل، تكون الجزيئات قريبة من بعضها البعض وتهتز معًا. يكاد يكون من المستحيل الضغط.
   في الحالة الصلبة، يتم ترتيب الجزيئات بترتيب صارم (في الشبكات البلورية)، ولا توجد حركة جزيئية. لا يمكن ضغطها.
3. بنية المادة وبدايات الكيمياء:
   http://samlib.ru/a/anemow_e_m/aa0.shtml
   (بدون التسجيل والرسائل النصية القصيرة، بتنسيق نصي مناسب: يمكنك استخدام Ctrl+C)
4. من المستحيل أن نتفق على أن الجزيئات في الحالة الصلبة لا تتحرك.

   حركة الجزيئات في الغازات

   في الغازات، تكون المسافة بين الجزيئات والذرات عادة أكبر بكثير من حجم الجزيئات، وتكون قوى الجذب صغيرة جدًا. ولذلك، فإن الغازات ليس لها شكلها الخاص وحجمها الثابت. يتم ضغط الغازات بسهولة لأن قوى التنافر على مسافات كبيرة تكون صغيرة أيضًا. تميل الغازات إلى التوسع إلى أجل غير مسمى، وملء كامل الحجم المقدم لها. تتحرك جزيئات الغاز بسرعات عالية جدًا، وتتصادم مع بعضها البعض، ويرتد بعضها عن بعض في اتجاهات مختلفة. تؤدي التأثيرات العديدة للجزيئات على جدران الوعاء إلى خلق ضغط الغاز.

   حركة الجزيئات في السوائل

   في السوائل، لا تتأرجح الجزيئات حول موضع التوازن فحسب، بل تقوم أيضًا بالقفز من موضع توازن إلى آخر. تحدث هذه القفزات بشكل دوري. تسمى الفترة الزمنية بين هذه القفزات متوسط ​​\u200b\u200bمدة الحياة المستقرة (أو متوسط ​​\u200b\u200bوقت الاسترخاء) ويشار إليها بالحرف ?. بمعنى آخر، وقت الاسترخاء هو وقت التذبذبات حول موضع توازن محدد. في درجة حرارة الغرفة، هذه المرة يبلغ متوسطها 10-11 ثانية. زمن التذبذب الواحد هو 10-1210-13 ثانية.

   يتناقص وقت الحياة المستقرة مع زيادة درجة الحرارة. المسافة بين جزيئات السائل أصغر من حجم الجزيئات، وتقع الجزيئات بالقرب من بعضها البعض، ويكون التجاذب بين الجزيئات قويًا. ومع ذلك، فإن ترتيب جزيئات السائل ليس منظمًا بشكل صارم في جميع أنحاء الحجم.

   السوائل، مثل المواد الصلبة، تحتفظ بحجمها، ولكن ليس لها شكلها الخاص. ولذلك، فإنها تأخذ شكل الوعاء الذي توجد فيه. السائل لديه خاصية السيولة. وبفضل هذه الخاصية، لا يقاوم السائل تغير شكله، وينضغط قليلاً، وخواصه الفيزيائية واحدة في جميع الاتجاهات داخل السائل (تناحي السوائل). تم تحديد طبيعة الحركة الجزيئية في السوائل لأول مرة من قبل الفيزيائي السوفييتي ياكوف إيليتش فرنكل (1894-1952).

   حركة الجزيئات في المواد الصلبة

   يتم ترتيب جزيئات وذرات المادة الصلبة بترتيب معين وتشكل شبكة بلورية. وتسمى هذه المواد الصلبة البلورية. تقوم الذرات بحركات اهتزازية حول موضع التوازن، ويكون التجاذب بينها قوياً جداً. ولذلك، فإن المواد الصلبة في الظروف العادية تحتفظ بحجمها ولها شكلها الخاص.

5. في الحالة الغازية - يتحركون بشكل عشوائي، يتم تشغيلهم
   في السائل - تحرك وفقًا لبعضها البعض
   في المواد الصلبة لا تتحرك.

1. هيكل الأجسام الغازية والسائلة والصلبة

تتيح النظرية الحركية الجزيئية فهم سبب وجود المادة في الحالات الغازية والسائلة والصلبة.
غازات.في الغازات، تكون المسافة بين الذرات أو الجزيئات في المتوسط ​​أكبر بعدة مرات من حجم الجزيئات نفسها ( الشكل 8.5). على سبيل المثال، عند الضغط الجوي، يكون حجم الوعاء أكبر بعشرات الآلاف من المرات من حجم الجزيئات الموجودة فيه.

تنضغط الغازات بسهولة، ويقل متوسط ​​المسافة بين جزيئاتها، لكن شكل الجزيء لا يتغير ( الشكل 8.6).

تتحرك الجزيئات بسرعات هائلة - مئات الأمتار في الثانية - في الفضاء. عندما تصطدم، فإنها ترتد عن بعضها البعض في اتجاهات مختلفة مثل كرات البلياردو. إن قوى الجذب الضعيفة لجزيئات الغاز غير قادرة على الاحتفاظ بها بالقرب من بعضها البعض. لهذا يمكن للغازات أن تتوسع بشكل غير محدود. أنها لا تحتفظ بالشكل ولا الحجم.
تؤدي التأثيرات العديدة للجزيئات على جدران الوعاء إلى خلق ضغط الغاز.

السوائل. تقع جزيئات السائل بالقرب من بعضها البعض تقريبًا ( الشكل 8.7)، وبالتالي فإن جزيء السائل يتصرف بشكل مختلف عن جزيء الغاز. يوجد في السوائل ما يسمى بالترتيب قصير المدى، أي يتم الحفاظ على الترتيب المرتب للجزيئات على مسافات تساوي عدة أقطار جزيئية. يتأرجح الجزيء حول موضع توازنه، ويصطدم بالجزيئات المجاورة. فقط من وقت لآخر تقوم "بقفزة" أخرى، وتصل إلى وضع توازن جديد. في وضع التوازن هذا، تكون قوة التنافر مساوية لقوة الجذب، أي أن قوة التفاعل الكلية للجزيء تساوي صفرًا. وقت حياة مستقرةجزيئات الماء، أي زمن اهتزازاتها حول موضع توازن محدد عند درجة حرارة الغرفة، هي في المتوسط ​​10 -11 ثانية. زمن التذبذب الواحد أقل بكثير (10 -12 -10 -13 ثانية). مع زيادة درجة الحرارة، ينخفض ​​زمن بقاء الجزيئات.

إن طبيعة الحركة الجزيئية في السوائل، التي وضعها لأول مرة الفيزيائي السوفييتي يا. آي. فرينكل، تسمح لنا بفهم الخصائص الأساسية للسوائل.
توجد الجزيئات السائلة بجوار بعضها البعض مباشرة. ومع انخفاض الحجم، تصبح قوى التنافر كبيرة جدًا. هذا يشرح انضغاطية منخفضة للسوائل.
وكما هو معروف، السوائل سائلة، أي أنها لا تحتفظ بشكلها. ويمكن تفسير ذلك بهذه الطريقة. ولا تغير القوة الخارجية بشكل ملحوظ عدد القفزات الجزيئية في الثانية. لكن قفزات الجزيئات من موضع ثابت إلى آخر تحدث في الغالب في اتجاه القوة الخارجية ( الشكل 8.8). ولهذا السبب يتدفق السائل ويأخذ شكل الوعاء.

المواد الصلبة.تهتز ذرات أو جزيئات المواد الصلبة، على عكس ذرات وجزيئات السوائل، حول مواضع توازن معينة. لهذا السبب، المواد الصلبة لا يحتفظ بالحجم فحسب، بل بالشكل أيضًا. الطاقة الكامنة للتفاعل بين الجزيئات الصلبة أكبر بكثير من طاقتها الحركية.
هناك فرق مهم آخر بين السوائل والمواد الصلبة. يمكن تشبيه السائل بحشد من الناس، حيث يتدافع الأفراد في مكانهم بلا هوادة، والجسم الصلب يشبه جماعة نحيلة من نفس الأفراد الذين، على الرغم من أنهم لا يقفون منتبهين، يحافظون في المتوسط ​​على مسافات معينة فيما بينهم . إذا قمت بتوصيل مراكز توازن ذرات أو أيونات جسم صلب، فستحصل على شبكة مكانية منتظمة تسمى بلوري.
يوضح الشكلان 8.9 و8.10 الشبكات البلورية لملح الطعام والماس. الترتيب الداخلي في ترتيب الذرات في البلورات يؤدي إلى أشكال هندسية خارجية منتظمة.

يوضح الشكل 8.11 ألماس ياكوت.

في الغاز، تكون المسافة بين الجزيئات أكبر بكثير من حجم الجزيئات 0:" ل >>ر 0 .
للسوائل والمواد الصلبة l≈r 0. يتم ترتيب جزيئات السائل بشكل غير منتظم، ومن وقت لآخر تقفز من موضع ثابت إلى آخر.
تحتوي المواد الصلبة البلورية على جزيئات (أو ذرات) مرتبة بطريقة منظمة بدقة.

2. الغاز المثالي في النظرية الحركية الجزيئية

تبدأ دراسة أي مجال من مجالات الفيزياء دائمًا بإدخال نموذج معين يتم في إطاره إجراء المزيد من الدراسة. على سبيل المثال، عندما درسنا علم الحركة، كان نموذج الجسم عبارة عن نقطة مادية، وما إلى ذلك. كما قد تكون خمنت، لن يتوافق النموذج أبدًا مع العمليات التي تحدث بالفعل، ولكنه غالبًا ما يكون قريبًا جدًا من هذه المراسلات.

والفيزياء الجزيئية، وخاصة MCT، ليست استثناءً. لقد عمل العديد من العلماء على مشكلة وصف النموذج منذ القرن الثامن عشر: M. Lomonosov، D. Joule، R. Clausius (الشكل 1). وفي الواقع، قدم الأخير نموذج الغاز المثالي في عام 1857. إن التفسير النوعي للخصائص الأساسية للمادة بناءً على النظرية الحركية الجزيئية ليس بالأمر الصعب بشكل خاص. ومع ذلك، فإن النظرية التي تنشئ روابط كمية بين الكميات المقاسة تجريبيا (الضغط ودرجة الحرارة وما إلى ذلك) وخصائص الجزيئات نفسها وعددها وسرعة حركتها، هي نظرية معقدة للغاية. في الغاز عند الضغط الطبيعي، تكون المسافة بين الجزيئات أكبر بعدة مرات من أحجامها. في هذه الحالة، تكون قوى التفاعل بين الجزيئات ضئيلة، وتكون الطاقة الحركية للجزيئات أكبر بكثير من طاقة التفاعل المحتملة. يمكن اعتبار جزيئات الغاز بمثابة نقاط مادية أو كرات صلبة صغيرة جدًا. بدلاً من غاز حقيقي، بين الجزيئات التي تعمل بها قوى التفاعل المعقدة، سننظر فيها النموذج هو غاز مثالي.

غاز مثالي– نموذج الغاز، حيث يتم تمثيل جزيئات الغاز وذراته على شكل كرات مرنة صغيرة جدًا (أحجام متلاشية) لا تتفاعل مع بعضها البعض (بدون اتصال مباشر)، ولكنها تتصادم فقط (انظر الشكل 2).

تجدر الإشارة إلى أن الهيدروجين المخلخل (تحت ضغط منخفض جدًا) يكاد يكون مطابقًا تمامًا لنموذج الغاز المثالي.

أرز. 2.

غاز مثاليهو غاز يكون فيه التفاعل بين جزيئاته ضئيلاً. وبطبيعة الحال، عندما تصطدم جزيئات الغاز المثالي، تؤثر عليها قوة تنافر. وبما أنه يمكننا اعتبار جزيئات الغاز حسب النموذج نقاطا مادية، فإننا نهمل أحجام الجزيئات، مع الأخذ في الاعتبار أن الحجم الذي تشغله أقل بكثير من حجم الوعاء.
دعونا نتذكر أنه في النموذج المادي يتم أخذ خصائص النظام الحقيقي في الاعتبار فقط، والتي يعد النظر فيها ضروريًا للغاية لشرح أنماط سلوك هذا النظام المدروسة. لا يوجد نموذج يمكنه نقل جميع خصائص النظام. الآن علينا أن نحل مشكلة ضيقة إلى حد ما: استخدام النظرية الحركية الجزيئية لحساب ضغط الغاز المثالي على جدران الوعاء. بالنسبة لهذه المشكلة، تبين أن نموذج الغاز المثالي مرضٍ تمامًا. ويؤدي إلى نتائج تؤكدها التجربة.

3. ضغط الغاز في النظرية الحركية الجزيئية اترك الغاز في وعاء مغلق. يظهر مقياس الضغط ضغط الغاز ص 0. كيف ينشأ هذا الضغط؟
كل جزيء غاز يصطدم بالجدار يؤثر عليه بقوة معينة لفترة قصيرة من الزمن. ونتيجة للتأثيرات العشوائية على الجدار، يتغير الضغط بسرعة مع مرور الوقت، تقريبًا كما هو موضح في الشكل 8.12. ومع ذلك، فإن التأثيرات الناجمة عن تأثيرات الجزيئات الفردية تكون ضعيفة جدًا بحيث لا يتم تسجيلها بواسطة مقياس الضغط. يسجل مقياس الضغط متوسط ​​القوة الزمنية المؤثرة على كل وحدة من مساحة سطح عنصرها الحساس - الغشاء. على الرغم من التغيرات الطفيفة في الضغط، فإن متوسط ​​قيمة الضغط ص 0تبين عمليًا أنها قيمة محددة تمامًا، نظرًا لوجود الكثير من التأثيرات على الحائط، وكتل الجزيئات صغيرة جدًا.

الغاز المثالي هو نموذج للغاز الحقيقي. ووفقا لهذا النموذج يمكن اعتبار جزيئات الغاز بمثابة نقاط مادية لا يحدث تفاعلها إلا عند تصادمها. عندما تصطدم جزيئات الغاز بالجدار، فإنها تمارس ضغطًا عليه.

4. المعلمات الدقيقة والكبيرة للغاز

الآن يمكننا أن نبدأ في وصف معلمات الغاز المثالي. وهي مقسمة إلى مجموعتين:

معلمات الغاز المثالية

أي أن المعلمات الدقيقة تصف حالة الجسيم المفرد (الجسم الصغير)، وتصف المعلمات الكبيرة حالة الجزء الكامل من الغاز (الجسم الكبير). دعونا الآن نكتب العلاقة التي تربط بعض المعاملات مع غيرها، أو معادلة MKT الأساسية:

هنا: - متوسط ​​سرعة حركة الجسيمات؛

تعريف. - تركيزجزيئات الغاز – عدد الجزيئات لكل وحدة حجم؛ ; وحدة - .

5. متوسط ​​قيمة مربع سرعة الجزيئات

لحساب متوسط ​​الضغط، عليك أن تعرف متوسط ​​سرعة الجزيئات (بتعبير أدق، متوسط ​​قيمة مربع السرعة). هذا ليس سؤال بسيط. لقد اعتدت على حقيقة أن كل جسيم له سرعة. يعتمد متوسط ​​سرعة الجزيئات على حركة جميع الجزيئات.
متوسط ​​القيم.منذ البداية، عليك أن تتوقف عن محاولة تتبع حركة جميع الجزيئات التي يتكون منها الغاز. هناك الكثير منهم، ويتحركون بصعوبة بالغة. لا نحتاج إلى معرفة كيف يتحرك كل جزيء. يجب علينا معرفة النتيجة التي تؤدي إليها حركة جميع جزيئات الغاز.
إن طبيعة حركة مجموعة جزيئات الغاز بأكملها معروفة من خلال التجربة. تنخرط الجزيئات في حركة عشوائية (حرارية). وهذا يعني أن سرعة أي جزيء يمكن أن تكون كبيرة جدًا أو صغيرة جدًا. يتغير اتجاه حركة الجزيئات باستمرار عندما تصطدم ببعضها البعض.
ومع ذلك، يمكن أن تكون سرعات الجزيئات الفردية موجودة متوسطقيمة معامل هذه السرعات محددة تمامًا. وبالمثل، فإن طول الطلاب في الفصل ليس هو نفسه، ولكن متوسطه هو رقم معين. للعثور على هذا الرقم، تحتاج إلى جمع ارتفاعات الطلاب الفرديين وتقسيم هذا المجموع على عدد الطلاب.
القيمة المتوسطة لمربع السرعة .في المستقبل، سنحتاج إلى القيمة المتوسطة ليس للسرعة نفسها، بل لمربع السرعة. ويعتمد متوسط ​​الطاقة الحركية للجزيئات على هذه القيمة. ومتوسط ​​الطاقة الحركية للجزيئات، كما سنرى قريبًا، مهم جدًا في نظرية الحركة الجزيئية بأكملها.
دعونا نشير إلى وحدات سرعة جزيئات الغاز الفردية بواسطة . يتم تحديد القيمة المتوسطة لمربع السرعة بالصيغة التالية:

أين ن- عدد الجزيئات الموجودة في الغاز .
لكن مربع معامل أي متجه يساوي مجموع مربعات إسقاطاته على محاور الإحداثيات أوكس، أوي، أوز. لهذا

يمكن تحديد القيم المتوسطة للكميات باستخدام صيغ مشابهة للصيغة (8.9). بين القيمة المتوسطة والقيم المتوسطة لمربعات الإسقاطات توجد نفس العلاقة العلاقة (8.10):

وبالفعل فإن المساواة (8.10) صالحة لكل جزيء. إضافة هذه المعادلات للجزيئات الفردية وتقسيم طرفي المعادلة الناتجة على عدد الجزيئات نوصلنا إلى الصيغة (8.11).
انتباه! منذ اتجاهات المحاور الثلاثة أوه، أوهو أوقيةبسبب الحركة العشوائية للجزيئات فهي متساوية، ومتوسط ​​قيم مربعات توقعات السرعة متساوية مع بعضها البعض:

كما ترون، نمط معين ينشأ من الفوضى. هل يمكنك معرفة هذا بنفسك؟
مع الأخذ بعين الاعتبار العلاقة (8.12)، نعوض في الصيغة (8.11) بدلا من و . ثم بالنسبة للمربع المتوسط ​​لإسقاط السرعة نحصل على:

أي أن متوسط ​​مربع إسقاط السرعة يساوي 1/3 متوسط ​​مربع السرعة نفسها. ويظهر العامل 1/3 نتيجة لثلاثية أبعاد الفضاء، وبالتالي وجود ثلاثة إسقاطات لأي متجه.
تتغير سرعات الجزيئات عشوائيًا، لكن متوسط ​​مربع السرعة هو قيمة محددة جيدًا.

6. المعادلة الأساسية للنظرية الحركية الجزيئية
دعونا ننتقل إلى اشتقاق المعادلة الأساسية للنظرية الحركية الجزيئية للغازات. تحدد هذه المعادلة اعتماد ضغط الغاز على متوسط ​​الطاقة الحركية لجزيئاته. وبعد اشتقاق هذه المعادلة في القرن التاسع عشر. والدليل التجريبي على صحتها بدأ التطور السريع للنظرية الكمية، والتي لا تزال مستمرة حتى يومنا هذا.
لإثبات أي عبارة في الفيزياء تقريبًا، يمكن اشتقاق أي معادلة بدرجات متفاوتة من الدقة والإقناع: مبسطة جدًا، أو أكثر أو أقل دقة، أو بالدقة الكاملة المتاحة للعلم الحديث.
إن الاشتقاق الدقيق لمعادلة النظرية الحركية الجزيئية للغازات أمر معقد للغاية. لذلك، سنقتصر على الاشتقاق التخطيطي المبسط للغاية للمعادلة. وعلى الرغم من كل التبسيط، فإن النتيجة ستكون صحيحة.
اشتقاق المعادلة الأساسية.دعونا نحسب ضغط الغاز على الحائط قرص مضغوطإناء ا ب ت ثمنطقة س، عمودي على محور الإحداثيات ثور (الشكل 8.13).

عندما يصطدم الجزيء بجدار، يتغير زخمه: . وبما أن معامل سرعة الجزيئات عند الاصطدام لا يتغير، إذن . ووفقا لقانون نيوتن الثاني فإن التغير في زخم الجزيء يساوي دفعة القوة المؤثرة عليه من جدار الوعاء، ووفقا لقانون نيوتن الثالث فإن مقدار دفعة القوة التي يؤثر بها الجزيء يعمل الجزيء على الحائط هو نفسه. ونتيجة لذلك، نتيجة لتأثير الجزيء، تؤثر قوة على الحائط، زخمها يساوي .

توضح النظرية الحركية الجزيئية أن جميع المواد يمكن أن تتواجد في ثلاث حالات من التجميع: الصلبة والسائلة والغازية. على سبيل المثال، الجليد والماء وبخار الماء. غالبًا ما تُعتبر البلازما الحالة الرابعة للمادة.

حالات المادة الكلية(من اللاتينية aggrego– إرفاق ، توصيل) – حالات من نفس المادة ، تكون التحولات بينها مصحوبة بتغيير في خصائصها الفيزيائية. هذا هو التغيير في الحالات الإجمالية للمادة.

في الحالات الثلاث، لا تختلف جزيئات نفس المادة عن بعضها البعض، فقط موقعها وطبيعة الحركة الحرارية وقوى التفاعل بين الجزيئات تتغير.

حركة الجزيئات في الغازات

في الغازات، تكون المسافة بين الجزيئات والذرات عادة أكبر بكثير من حجم الجزيئات، وتكون قوى الجذب صغيرة جدًا. ولذلك، فإن الغازات ليس لها شكلها الخاص وحجمها الثابت. يتم ضغط الغازات بسهولة لأن قوى التنافر على مسافات كبيرة تكون صغيرة أيضًا. تميل الغازات إلى التوسع إلى أجل غير مسمى، وملء كامل الحجم المقدم لها. تتحرك جزيئات الغاز بسرعات عالية جدًا، وتتصادم مع بعضها البعض، ويرتد بعضها عن بعض في اتجاهات مختلفة. تنشأ تأثيرات عديدة للجزيئات على جدران الوعاء ضغط الغاز.

حركة الجزيئات في السوائل

في السوائل، لا تتأرجح الجزيئات حول موضع التوازن فحسب، بل تقوم أيضًا بالقفز من موضع توازن إلى آخر. تحدث هذه القفزات بشكل دوري. يسمى الفاصل الزمني بين هذه القفزات متوسط ​​مدة الحياة المستقرة(أو متوسط ​​وقت الاسترخاء) ويشار إليه بالحرف؟. بمعنى آخر، وقت الاسترخاء هو وقت التذبذبات حول موضع توازن محدد. في درجة حرارة الغرفة متوسط ​​هذه المرة 10 -11 ثانية. زمن التذبذب الواحد هو 10 -12 ... 10 -13 ثانية.

يتناقص وقت الحياة المستقرة مع زيادة درجة الحرارة. المسافة بين جزيئات السائل أصغر من حجم الجزيئات، وتقع الجزيئات بالقرب من بعضها البعض، ويكون التجاذب بين الجزيئات قويا. ومع ذلك، فإن ترتيب جزيئات السائل ليس مرتبًا بشكل صارم في جميع أنحاء الحجم.

السوائل، مثل المواد الصلبة، تحتفظ بحجمها، ولكن ليس لها شكلها الخاص. ولذلك، فإنها تأخذ شكل الوعاء الذي توجد فيه. السائل لديه الخصائص التالية: سيولة. وبفضل هذه الخاصية، لا يقاوم السائل تغير شكله، وينضغط قليلاً، وخواصه الفيزيائية واحدة في جميع الاتجاهات داخل السائل (تناحي السوائل). تم تحديد طبيعة الحركة الجزيئية في السوائل لأول مرة من قبل الفيزيائي السوفييتي ياكوف إيليتش فرنكل (1894 - 1952).

حركة الجزيئات في المواد الصلبة

يتم ترتيب جزيئات وذرات المادة الصلبة بترتيب وشكل معين شعرية الكريستال. وتسمى هذه المواد الصلبة البلورية. تقوم الذرات بحركات اهتزازية حول موضع التوازن، ويكون التجاذب بينها قوياً جداً. ولذلك، فإن المواد الصلبة في الظروف العادية تحتفظ بحجمها ولها شكلها الخاص.

الفيزياء

التفاعل بين الذرات وجزيئات المادة. هيكل الأجسام الصلبة والسائلة والغازية

بين جزيئات المادة، تعمل قوى التجاذب والتنافر في وقت واحد. تعتمد هذه القوى إلى حد كبير على المسافات بين الجزيئات.

وفقا للدراسات التجريبية والنظرية، فإن قوى التفاعل بين الجزيئات تتناسب عكسيا مع القوة n للمسافة بين الجزيئات:

حيث للقوى الجاذبة n = 7، وللقوى التنافرية.

يمكن وصف تفاعل جزيئين باستخدام رسم بياني لإسقاط قوى الجذب والتنافر الناتجة للجزيئات على المسافة r بين مراكزها. دعونا نوجه المحور r من الجزيء 1، الذي يتزامن مركزه مع أصل الإحداثيات، إلى مركز الجزيء 2 الواقع على مسافة منه (الشكل 1).

عندها سيكون إسقاط قوة التنافر للجزيء 2 من الجزيء 1 على المحور r موجبًا. سيكون إسقاط قوة جذب الجزيء 2 إلى الجزيء 1 سالبًا.

تكون قوى التنافر (الشكل 2) أكبر بكثير من قوى الجذب على مسافات قصيرة، ولكنها تتناقص بشكل أسرع بكثير مع زيادة r. تتناقص قوى الجذب أيضًا بسرعة مع زيادة r، بحيث يمكن إهمال تفاعل الجزيئات بدءًا من مسافة معينة. تسمى المسافة الأعظم rm التي لا تزال الجزيئات تتفاعل فيها تسمى نصف قطر العمل الجزيئي .

قوى التنافر متساوية في الحجم مع قوى الجذب.

المسافة تتوافق مع الوضع النسبي للتوازن المستقر للجزيئات.

في الحالات المختلفة لتجمع المادة، تختلف المسافة بين جزيئاتها. ومن هنا الفرق في قوى تفاعل الجزيئات والفرق الكبير في طبيعة حركة جزيئات الغازات والسوائل والمواد الصلبة.

في الغازات، تكون المسافات بين الجزيئات أكبر بعدة مرات من أحجام الجزيئات نفسها. ونتيجة لذلك، فإن قوى التفاعل بين جزيئات الغاز تكون صغيرة، كما أن الطاقة الحركية للحركة الحرارية للجزيئات تتجاوز بكثير الطاقة الكامنة لتفاعلها. ويتحرك كل جزيء بحرية من الجزيئات الأخرى بسرعات هائلة (مئات الأمتار في الثانية)، ويغير اتجاهه وسرعته عند الاصطدام بجزيئات أخرى. يعتمد المسار الحر لجزيئات الغاز على ضغط الغاز ودرجة حرارته. في ظل ظروف طبيعية.

في السوائل، المسافة بين الجزيئات أصغر بكثير منها في الغازات. إن قوى التفاعل بين الجزيئات كبيرة، كما أن الطاقة الحركية لحركة الجزيئات تتناسب مع طاقة الوضع لتفاعلها، ونتيجة لذلك تتأرجح جزيئات السائل حول موضع اتزان معين، ثم تقفز فجأة إلى موضع اتزان جديد. أوضاع التوازن بعد فترات زمنية قصيرة جداً مما يؤدي إلى سيولة السائل. وهكذا، في السائل، تؤدي الجزيئات بشكل أساسي حركات اهتزازية وانتقالية. في المواد الصلبة، تكون قوى التفاعل بين الجزيئات قوية جدًا بحيث تكون الطاقة الحركية لحركة الجزيئات أقل بكثير من الطاقة الكامنة لتفاعلها. تؤدي الجزيئات اهتزازات ذات سعة صغيرة فقط حول موضع توازن ثابت معين - وهي عقدة من الشبكة البلورية.

ويمكن تقدير هذه المسافة بمعرفة كثافة المادة والكتلة المولية. تركيز -يرتبط عدد الجزيئات لكل وحدة حجم بالكثافة والكتلة المولية وعدد أفوجادرو بالعلاقة.

قوانين الغاز وأساسيات تكنولوجيا المعلومات والاتصالات.

إذا كان الغاز مخلخلًا بدرجة كافية (وهذا أمر شائع؛ فغالبًا ما يتعين علينا التعامل مع الغازات المخلخلة)، فسيتم إجراء أي حساب تقريبًا باستخدام صيغة تربط الضغط P والحجم V وكمية الغاز ν ودرجة الحرارة T - هذا هي "حالة المعادلة الشهيرة للغاز المثالي" P·V= ν·R·T. إن كيفية العثور على إحدى هذه الكميات إذا تم تقديم جميع الكميات الأخرى أمر بسيط ومفهوم للغاية. لكن يمكن صياغة المشكلة بحيث يكون السؤال حول كمية أخرى - على سبيل المثال، حول كثافة الغاز. إذن المهمة: إيجاد كثافة النيتروجين عند درجة حرارة 300 كلفن وضغط 0.2 جو. دعونا حلها. إذا حكمنا من خلال الحالة، فإن الغاز مخلخل تمامًا (يمكن اعتبار الهواء المخلخل الذي يتكون من 80٪ من النيتروجين وعند ضغط أعلى بكثير، ونحن نتنفسه بحرية ونمر عبره بسهولة)، وإذا لم يكن الأمر كذلك، فلن يكون لدينا لا يوجد أي صيغ أخرى – نحن نستخدم هذه الصيغة المفضلة. الشرط لا يحدد حجم أي جزء من الغاز، بل سنحدده بأنفسنا. لنأخذ مترًا مكعبًا واحدًا من النيتروجين ونجد كمية الغاز في هذا الحجم. وبمعرفة الكتلة المولية للنيتروجين M = 0.028 كجم/مول، نجد كتلة هذا الجزء - ويتم حل المشكلة. كمية الغاز ν= P·V/R·T، الكتلة m = ν·М = М·P·V/R·T، وبالتالي الكثافة ρ= m/V = М·P/R·T = 0.028·20000/ (8.3·300) ≈ 0.2 كجم/م3. لم يتم تضمين الحجم الذي اخترناه في الإجابة؛ لقد اخترناه للتحديد - من الأسهل التفكير بهذه الطريقة، لأنك لا تدرك بالضرورة على الفور أن الحجم يمكن أن يكون أي شيء، ولكن الكثافة ستكون هي نفسها. ومع ذلك، يمكنك معرفة أنه "من خلال أخذ حجم أكبر بخمس مرات، على سبيل المثال، سنزيد كمية الغاز خمس مرات بالضبط، وبالتالي، بغض النظر عن الحجم الذي نأخذه، ستكون الكثافة هي نفسها." يمكنك ببساطة إعادة كتابة الصيغة المفضلة لديك، مع استبدال التعبير الخاص بكمية الغاز من خلال كتلة جزء من الغاز وكتلته المولية: ν = m/M، ثم يتم التعبير عن النسبة m/V = M P/R T على الفور ، وهذه هي الكثافة. كان من الممكن أخذ مول من الغاز وإيجاد الحجم الذي يشغله، وبعد ذلك يتم العثور على كثافته على الفور، لأن كتلة المول معروفة. بشكل عام، كلما كانت المشكلة بسيطة، كانت طرق حلها متساوية وأجمل..
إليك مشكلة أخرى قد يبدو السؤال فيها غير متوقع: أوجد الفرق في ضغط الهواء عند ارتفاع 20 مترًا وعلى ارتفاع 50 مترًا فوق مستوى سطح الأرض. درجة الحرارة 00 درجة مئوية، الضغط 1 ATM. الحل: إذا وجدنا كثافة الهواء ρ في ظل هذه الظروف، فإن فرق الضغط ∆P = ρ·g·∆H. نجد الكثافة بنفس الطريقة كما في المشكلة السابقة، والصعوبة الوحيدة هي أن الهواء عبارة عن خليط من الغازات. بافتراض أنه يتكون من 80% نيتروجين و20% أكسجين، نجد كتلة المول من الخليط: m = 0.80.028 + 0.20.032 ≈ 0.029 كجم. الحجم الذي يشغله هذا المول هو V=R·T/P وتم العثور على الكثافة كنسبة بين هاتين الكميتين. إذن كل شيء واضح، الجواب سيكون حوالي 35 باسكال.
يجب أيضًا حساب كثافة الغاز عند العثور، على سبيل المثال، على قوة رفع بالون بحجم معين، عند حساب كمية الهواء في أسطوانات الغوص اللازمة للتنفس تحت الماء لفترة معينة، عند حساب عدد مطلوب من الحمير نقل كمية معينة من بخار الزئبق عبر الصحراء وفي العديد من الحالات الأخرى.
لكن المهمة أكثر تعقيدا: غلاية كهربائية تغلي بشكل صاخب على الطاولة، واستهلاك الطاقة 1000 واط، والكفاءة. السخان 75٪ (الباقي "يذهب" إلى المساحة المحيطة). يطير تيار من البخار من الصنبور - تبلغ مساحة "الصنبور" 1 سم 2. قم بتقدير سرعة الغاز في هذا النفاث. خذ جميع البيانات اللازمة من الجداول.
حل. لنفترض أن البخار المشبع يتشكل فوق الماء في الغلاية، ثم يطير تيار من بخار الماء المشبع من الصنبور عند +1000 درجة مئوية. يبلغ ضغط هذا البخار 1 ATM، ومن السهل العثور على كثافته. بمعرفة الطاقة المستخدمة في التبخر Р= 0.75·Р0 = 750 واط والحرارة النوعية للتبخر (التبخر) r = 2300 كيلوجول/كجم، سنجد كتلة البخار المتكون خلال الزمن τ: m= 0.75Р0·τ/r . نحن نعرف الكثافة، فمن السهل العثور على حجم هذه الكمية من البخار. والباقي واضح بالفعل - تخيل هذا الحجم على شكل عمود بمساحة مقطع عرضي 1 سم 2، طول هذا العمود مقسومًا على τ سيعطينا سرعة المغادرة (هذا الطول يقلع في ثانية ). إذن، سرعة التدفق الخارج من فوهة الغلاية هي V = m/(ρ S τ) = 0.75 P0 τ/(r ρ S τ) = 0.75 P0 R T/(r P M ·S) = 750·8.3· 373/(2.3·106·1·105·0.018·1·10-4) ≈ 5 م/ث.
(ج) زيلبرمان أ.ر.