В этом параграфе: Теория Задачи с решениями Задачи для самостоятельной работы Тест по теме "Обоснование МКТ"

Обоснование МКТ

Молекулярно-кинетическая теория изучает процессы, происходящие внутри тел при изменениях их теплового состояния, характеризуемого их температурой, при переходе тел из одного агрегатного состояния в другое, и т.д.

Итальянский химик Амедео Авогадро на основании химических исследований сформулировал следующий закон: при одинаковых давлении и температуре равные объемы различных газов содержат одинаковые числа молекул. Это означает, что давление газа при определенной температуре зависит только от числа молекул в единице объема и не зависит от того, какие это молекулы. Этот закон справедлив для газов при не очень больших давлениях.
В случае сильно сжатых газов считать его справедливым нельзя.

Число, дающее отношение масс двух молекул, указывает также и отношение масс порций этих двух веществ, содержащих одинаковое количество молекул. Так, 2 г водорода с молекулярным весом 2, и 32 г кислорода с молекулярным весом 32 содержат одинаковое количество молекул.

Количество вещества, содержащее число граммов, равное его молекулярному весу, называется молем. Получается, что моли разных веществ содержат одинаковое число молекул. Число молекул в одном моле вещества получило название числа Авогадро.

Принято считать, что число Авогадро равно

Также из закона Авогадро следует, что моли разных газов при одинаковых условиях имеют одинаковый объем. Вычисления показывают, что этот объем равен 22400 см³=22,4 л.

Тогда можно сказать, что молярная масса - это масса вещества, содержащегося в 22,4 л этого вещества.

Масса одной молекулы любого вещества равна отношению его молярной массы к числу Авогадро:

Если два тела состоят из одного и того же числа частиц, то говорят, что эти тела содержат одинаковое количество вещества. Количество вещества обозначают греческой буквой ν (ню) и измеряют в молях. За 1 моль принимают  количество вещества  в 12 г углерода (приняли за эталон) и в нем содержится как раз молекул  равное числу Авогадро.

Число молекул в данной массе равно числу Авогадро, умноженному на число молей этого вещества:

Из сопоставления числа Авогадро и молярного объема вещества понятно, что размеры одной молекулы крайне малы. Так, размер атома водорода принято считать равным 1,2·10^-8 см.

Если рассмотреть такие простейшие опыты, как самопроизвольное растворение сахарного песка в теплой воде или распространение запаха духов в закрытом помещении, можно понять, что в данном случае два вещества сами собой смешиваются друг с другом.

Такое явление получило название диффузии. Оно доказывает, что молекулы вещества все время движутся в самые различные стороны. Такое движение называется молекулярно-тепловым движением. Почему же мы не наблюдаем, например, движения тела "в целом", если составляющие его молекулы движутся? Дело в том, что движения молекул хаотичны, направлены во всевозможные стороны и для любой молекулы, летящей в любом выбранном направлении, всегда найдется другая, летящая приблизительно в противоположном направлении.

Общий характер движения молекул в веществе не зависит от его агрегатного состояния, а определяется некоторыми общими свойствами.

Во-первых, оно хаотично, т.е. молекулы движутся во всевозможных направлениях.

Во-вторых, вследствие столкновений молекул между собой, направление движения и скорость каждой молекулы постоянно меняются. Поскольку скорости у всех молекул разные, то имеет смысл говорить о средней скорости теплового движения молекул в том или ином веществе. Также важной характеристикой этого движения является длина свободного пробега - расстояние, пролетаемое молекулой между двумя последовательными соударениями. Оно зависит от от плотности вещества. Так, в воздухе при температуре 0° С, длина свободного пробега примерно 10^-5 см, а в жидкости -   10^-8 см. В твердых телах эта величина еще меньше - там молекулы в результате теплового движения просто совершают колебания около некоторого своего среднего положения.

В 1827 году английский ботаник Броун наблюдал следующее явление: если наблюдать в микроскоп любые маленькие частицы, помещенные, например, в жидкость, то обнаруживается, что эти частицы все время находятся в движении. Это явление получило название Броуновского движения.

Оно объясняется тем, что частица в жидкости (или газе) постоянно испытывает соударения с молекулами этого вещества и если в какой-то момент времени случайно эти соударения не компенсируют друг друга по силе и направлениям, то частица начинает двигаться. Ее движение носит хаотический, беспорядочный характер.