Тепловое движение молекул

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 479.

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 479.

Все вещества, независимо от их агрегатного состояния (газ, жидкость, твердое тело), представляют собой набор молекул — наименьших частиц данного вещества, имеющих все его химические и физические свойства. Молекулы состоят из двух и более атомов. Температура вещества повышается за счет передачи ему дополнительного тепла, что приводит к росту теплового движения молекул (возрастают скорости перемещений, колебаний и вращений), так как дополнительная тепловая энергия увеличивает их кинетическую энергию.

От броуновского движения к тепловому

Предположения и догадки многих поколений ученых о существовании молекул получили первое, убедительное подтверждение после открытия английского ученого Роберта Броуна. В 1827 г. он с помощью микроскопа наблюдал, как споры (клетки растений и грибов) хаотически, непредсказуемо, движутся, будучи помещенные в воду. Маленькие частицы двигались быстрее, интенсивнее больших. Суть этого явления сам Броун объяснить не смог, что не помешало потом назвать в честь него это движение “броуновским”.

Чему равны скорости молекул

Беспорядочное тепловое движение приводит к тому, что в каждый момент времени положение молекул и их скорости не предсказуемы, и имеет смысл говорить о так называемых средних (усредненных) значениях. Этот подход впервые применил английский физик Джеймс Клерк Максвелл, который с помощью математических формул теории вероятностей получил формулу для распределения частиц (атомов или молекул) по скоростям при данной температуре T.

Из графика распределения видно, что оно имеет “колоколообразную” форму. Молекулы с минимальными и максимальными скоростями составляют малую долю от общего числа. Большая часть молекул имеет скорость близкую к v_ср. С ростом Т увеличивается средняя скорость, а вся кривая распределения смещается вправо. Для средней кинетической энергии Максвелл получил следующую формулу:

$ Е_k = { 3 \over 2} * k * T $ (1),

где: k — постоянная Больцмана.

С другой стороны кинетическая энергия движущейся частицы равна:

$ Е_k = {m * v^2_ср\over 2} $ (2).

Значит:

$ {m * v^2_ср\over 2} = { 3 \over 2} * k * T $ (3).

Воспользовавшись формулой (3), получим выражение для средней квадратичной скорости v² _ср:

$ v^2_ср = { 3* k * T \over m} $ (4).

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что такое тепловое движение молекул, и чем оно отличается от броуновского движения. Число молекул с определенной скоростью подчиняется распределению Максвелла. Средняя квадратичная скорость v² _ср описывается формулой (3).

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда - пройдите тест.