7.1. Основные понятия молекулярной физики

Открытие закона сохранения энергии способствовало развитию двух качественно различных, но взаимно дополняющих методов исследования тепловых явлений и свойств микросистем: термодинамического и статистического (молекулярно-кинетического). Первый из них лежит в основе термодинамики, второй - молекулярной физики.

Процессы, изучаемые молекулярной физикой, являются результатом совокупного действия огромного числа молекул. Их поведение анализируется с помощью статистического метода, который основан на том, что свойства макроскопической системы в конечном результате определяется свойствами частиц систем, особенностями их движения и усреднёнными значениями кинетических и динамических характеристик этих частиц.

Идеальный газ – это модель газа, в которой не учитывается взаимодействие молекул, а сами молекулы рассматриваются как материальные точки.

Идеальный газ характеризуется внешними и внутренними параметрами. К внешним параметрам относится: давление (р), температура (Т) и объём (V); к внутренним – среднеарифметическая <> и среднеквадратическая <> скорости, средняя энергия <>.

Взаимосвязь между внешними и внутренними параметрами газа описывается молекулярно-кинетической теорией. Например, между Т и <> имеет место следующее соотношение для поступательного движения: молекулы идеального газа:

где - постоянная Больцмана.

Уравнение состояния идеального газа – уравнение Менделеева-Клапейрона имеет вид:

где R=8,31Дж/(моль·К) – универсальная газовая постоянная, М – молярная масса, m – масса газа. ,

где N_A=6.02·10²³ 1/моль – постоянная Авогадро.

Для идеального газа массой m, содержащего N молекул, полная энергия движения молекул, называемая внутренней энергией газа: , гдеi – число степеней свободы молекулы.