Молекулярно-кинетическая теория

Большинство природных явлений так или иначе связаны с передачей тепла между разными телами или частями одного и того же тела. Усилия исследователей по изучению закономерностей теплопередачи привели к созданию молекулярно-кинетической теории (МКТ), с основными положениями которой мы познакомимся в представленной статье.

Молекулярно-кинетическая теория

Идея о том, что все тела состоят из мельчайших частиц – атомов, и, что тепло представляет собой внутреннее движение и энергию этих атомов, высказывались еще античными философами.

Однако, подлинно научное развитие теория тепла получила лишь к XVIIIв. Изначально были популярны представления о флогистоне (теплороде) – особой «субстанции тепла», которая содержится во всех горючих веществах и высвобождается при горении. Однако, результаты исследований Г. Кавендиша, А. Лавуазье, М. Ломоносова опровергли эти взгляды, и положили начало молекулярной теории тепла. В, частности, М. Ломоносов первым стал утверждать, что тепло – это вращательное движение молекул тела.

М. Ломоносов

Рис. 1. М. Ломоносов.

Молекулярно-кинетическая теория описывает явления в макроскопических телах, связанные с изменением их температуры, на основе представления о том, что все тела состоят из хаотически движущихся и взаимодействующих молекул.

Основные положения теории и их доказательства

Основа молекулярно-кинетической теории базируется на следующих положениях:

  • все вещества состоят из мельчайших частиц-молекул;
  • эти молекулы находятся в постоянном хаотичном движении;
  • молекулы взаимодействуют друг с другом, в соответствии с законами механики Ньютона.

Основные положения МКТ

Рис. 2. Основные положения МКТ.

Все эти утверждения в настоящее время полностью доказаны, однако, из-за малых размеров молекул, первые их доказательства были косвенными. Примером такого косвенного доказательства является закон постоянных отношений Д. Дальтона, который гласит, что в химических реакциях отношение масс прореагировавших веществ всегда имеет постоянные целые пропорции. Это возможно лишь если допустить, что в образовании молекулы вещества участвуют строго определенное число атомов исходных веществ.

Другим примером косвенного доказательства существования молекул вещества являются диффузные явления постепенного смешивания жидкостей.

Еще одним косвенным доказательством существования молекул является конечность растекания масла по поверхности воды. Зная объем капли масла, и максимальную площадь, на которую она растекается, можно оценить размер молекулы. Он имеет порядок ($1…3×10^{-9}м$).

Прямое доказательство движения молекул, которое может быть объяснено лишь в рамках МКТ, было получено лишь в XIXв, когда было объяснено броуновское движение. Это же явление указывало на то, что температура является мерой молекулярных движений, поскольку интенсивность броуновского движения зависит от температуры.

Доказательством взаимодействия между молекулами является существование твердых веществ, которые сохраняют свою форму в результате взаимного притяжения молекул. В тоже время, твердые вещества очень слабо сжимаются, что говорит и о силах отталкивания.

Газы ведут себя иначе – они всегда занимают весь предоставленный им объем, и легко сжимаются. Следовательно, в газах силы взаимного притяжения между молекулами очень малы, и главную роль играют силы взаимного отталкивания, которые тем больше, чем больше сжимается газ.

Идеальный газ как основной модельный объект МКТ

Поскольку большинство положений МКТ были получены при изучении различных газов, то для вывода всех формул и соотношений использовалось понятие идеального газа.

Рис. 3. Модель идеального газа.

Из физического смысла модели легко видеть суть давления газа – это сила, складывающаяся из сил элементарных ударов отдельных молекул о стенку сосуда. Чем чаще и чем с большей силой будут происходить эти удары – тем больше давление будет фиксироваться внешними приборами.

Модель идеального газа хорошо описывает поведение реальных газов при не слишком высоких температурах и давлениях, поэтому ее исследование и легло в основу МКТ.

Что мы узнали?

Молекулярно-кинетическая теория – это теория, дающая объяснение процессов, связанных с изменением температуры макроскопических тел. Эта теория предполагает, что все тела состоят из мельчайших частиц-молекул, которые находятся в постоянном хаотическом движении и взаимодействие между которыми происходит в соответствии с механикой Ньютона.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.7. Всего получено оценок: 8.

Предметы