«Молекулалық физика, термодинамика, нақты сұйықтар мен газдар, тасымалдау құбылыстары»
Идеал газдың молекула-кинетикалық теориясы.
-
Молекулалық физика – молекула-кинетикалық көзқарасынан барлық заттар молекулалардан (атомдардан)тұрады және олар ретсіз үздіксіз қозғалыста болатын , заттардың қасиеттерімен сипаттамаларын қарастырып оқитын физика бөлімі.
-
Температура-макроскопиялық күйдің термодинамикалық тепе-теңдігін сипаттайтын және денелер арасында жылуалмасуын қаарстыратын физикалық.
-
Термодинамикалық температуралық шкала (Кельвин шкаласы)–Кельвин градусында градуирленген, судың үштік нүктесімен-яғни мұз, су, және қаныққан бу 609па қысымда термодинамикалық тепе теңдіктегі реперлік нүктелер арқылы анықталған. Осы нүктенің температурасы 273,15 К, Температура Т = 0 К Кельвин нолі деп аталады.
-
Термодинамикалық температура және Халықаралық тәжірибелік шкала (Цельсий шкаласы бойынша) мына түрде байланысқан: .
-
Қалыпты жағдайлар : , .
Идеал газ – газ молекулалардың меншікті көлемі ыдыс көлемімен салыстырғанда ескерілмейтін физикалық модель (нысан),
- газ молекулалардың өзараәсерлесуі болмайды
- молекулалардың бір-бірімен және ыдыс қабырғаларымен соқтығысулары абсолютті серпімді.
7) Бойль–Мариотт заңы: -изотермиялық процесс, кезінде . 
8)Зат мөлшері- -зат тұратын молекулалар, атомдар, иондар –құрылымдық спецификалық санымен анықталатын физикалық шама. Өлшем бірілігі моль.
9)Авогадро саны– заттың бір моль-індегі молекулалар саны: 
10) Авогадро заңы: қандай да болсын газдардың бірдей температурамен қысымда мольдері бірдей көлем алып тұрады. Қалыпты жағдайда молярлық көлем тең болады: .
11) Молярлық масса –заттың бір молінің массасы: , осыдан (молярлық массаның өлшем бірлігі – килограмм /моль (кг/моль). Салыстырмалы атомдық масса арқылы М=Mr кг/моль.
11A) Қоспаның молярлық массасы: , мұндағы - i –ші компонентінің массасы, - i – ші компонентінің зат мөлшері, k –қоспа компоненттреі саны
11Б) газ қоспасының i ші компонентасының Массалық бөлігі (компонента массасының қоспа массасына қатынасына тең өлшемсіз шама) , мұндағы - газ қоспасындағы i – ші компонентінің массасы, - қоспа массасы.
12) Парциал қысым – Парциал қысым деп газ қоспасының әрбір газы осы көлемді жалғыз өзі алатын кездегі қысымды атайды.
13) Дальтон заңы: идеал газ қоспасының қысымы парциал қысымдары қосындысына тең: немесе 
16) Гей –Люссак заңы.
А) тұрақты көлемдегі (изохоралық) массасы газдың қысымы , -температураға тура пропорционал өзгеріп отырады: , , немесе 
Б) Тұрақты қысымдағы (изобаралық) массасы ( ) көлемі температураға тура пропорционал өзгереді:
В) температуралардың термодинамикалық шкаласында
, кезінде ,
, кезінде при, (Шарль заңы)
19) Идеал газдың күй теңдеуі 
20) Идеал газ бір молі үшін идеал газдың күй теңдеуі: , где
21) Массасы идеал газ үшін Менделеев – Клайперон күй теңдеуі: , немесе , мұндағы - зат мөлшері.
22) Больцман тұрақтысы:
23)Күй теңдеуі: , мұндағы - молеклулалар концентрациясы (бірлік көлемдегі молекулалар саны).
24) Лошмидт саны– көлемдегі молекулаалр саны:
25) Идеал газдың молекула-кинетикалық теорияның негізгі теңдеуі , мұндағы - молекула массасы, - молекулалар концентрациясы
26) Молекула-кинетикалық теорияның негізгі теңдеуінің басқа жазу түрлері :
А) , мұндағы - молекулалар саны
Б) , мұндағы - газдың барлық молекулаларының ілгерілемелі қозғалысының қосынды кинетикалық энергиясы.
В) Г) 
27) идеал газ молекулалардың орташа квадраттық жылдамдығы:
28) Идеал газдың молекуласының ілгерілемелі қозғалысынң орташа кинетикалық энергиясы: 
29) Температураның молекула-кинетикалық түсініктемесі: термодинамикалық температура газ молекулаларының ілгерілемелі қозғалысының орташа кинетикиалық энергияның өлшеуіші.
30) Молекулалардың жылдамдық бойынша үйлестірілу функциясы -жылдамдықтар интервалдағы ден -ге дейін молекулалар санын анықтайды.
31) идеал газ молекулаларының жылдамдықтар бойынша таралуы туралы Максвелл заңы
32) Нормалану шарты .
33) идеал газдың ең ықтимал жылдамдығы –бұл идеал газ молекулаларынң жылдамдықтар бойынша таралу функциясы максимал болғандағы жылдамдық . ,
34) Орташа арифметикалық жылдамдық: 
35) Газ күйін сипаттайтын жылдамдықтар:
Ең ықтимал жылдамдық
|
Орташа арифметикалық
|
Орташа квадраттық
|
|
|
|
36) Орташа кинетикалық энергия
- молекуланың бір еркіндік дәрежесіне сәйкес келетін: 
- молекуланың барлық еркіндік дәреже санына келетін (молекуланың толық энергиясы)
- ілгерілемелі қозғалысының орташа кинетикалық энергиясы 
- айналмалы қозғалысының орташа кинеткиалық энергиясы
- тербелімелі қозғалысынң орташа энергиясы 
Еркіндік дәреже саны дегеніміз: і– кеңістікте жүйенің орнын анықтай алатын тәуелсіз координаталар саны.
Идеал газ молекулаалрының еркіндік дәреже саны
і
|
Бір атомды газ
|
Екі атомды газ
|
Үш және көп атомды газ
|
ілгерілемелі
|
3
|
3
|
3
|
Айналмалы
|
-
|
2
|
3
|
жалпы
|
3
|
5
|
6
|
37) Барометрлік формула , немесе , мұндағы - газ қысысы, - бөлшек массасы, - молярлық масса, - нольге тең деп алынатын деңгейге қатысты нүкте биіктігі. - осы деңгейдегі қысым, - еркін түсу үдеуі, - универсал газ тұрақтысы.
38) Больцман таралуы (потенциалдық энергиялар бойынша бөлшектердің таратуы) сыртқы потенциал өрісі үшін. - , немесе , мұндағы - өріс нүктелеріндегі бөлшектер концентрациясы, -олардың потенциалдық энергиясы, -өріс нүктелеріндегі бөлшектер концентрациясы, мұндағы - Больцман тұрақтысы, - термодинамикалық температура.
39) Максвеллдің үйлестірілуі(молекулалардың жылдамдықтар бойынша тарлуы) екі сәйкестікпен өрнектеледі:
А) ден дейінгі интервалдағы :
, мұндағы - жылдамдық модульдері бойынша молекулалардың таралу функциясы, молекулалар жылдамдықтары ден ге дейінгі интервалдағы жатқан молекулалардың осы интервалға қатынасын өрнекетйтін ықтималдық, - молекулалардың жалпы саны, - молекулалар массасы.
Б) салыстырмалы жылдамдықтары ден -ға дейінгі интервалдын шектерінде жатқан молекулалар саны: , мұндағы - салыстырмалы жылдамдығы, жылдамдықтың ең ықтимал жылдамдығына қатынасы , - салыстырмалы жылдамдықтар бойынша молекулалардың таралу функциясы.
40) Молекулалардың импульстері бойынша таралуы: импульстері ден шектерінде тұйықталған молекулаалр саны: , мұндағы - импульстері бойынша таралу функциясы.
41) Ілгерілемелі қозғалыстың кинетикалық энергиясы бойынша молекулалардың таралуы: ден -гет дейінгі интервалдағы тұйықталған молекулалар саны: , мұндағы - кинетикалық энергиялары бойынша энергия таралуы.
42) соққылардың орташа саны, бірлік уақыт ішінде бір газ молекуланың соқтығысуы , мұндағы - молекуланың эффективті диаметрі, - молекулалар концентрациясы, - молекуланың орташа арифметикалық жылдамдығы.
43) газ молекуланың орташа еркіндік жол айырымы .
44) Термодинамикалық тепе-тең емес жүйелерінде импульстің (ішкі үйкеліс), энергияның (жылу өткізгіштік), массаның (диффузия) кеңістіктік тасымалдану жасалатын қайтымсыз процестер- тасымалдау құбылыстары деп аталады влениями переноса называют необратимые процессы в термодинамически, немесе молекулалардың хаосты терсіз жылулық қозғалысы кезінде молекулалардың өз сипаттамаларын тасымалдауы.
44) бет элементі арқылы газдың (сұйық) бір қабатынан басқа қабатына молекулаларының тасымалданатын Импульсі (қозғалыс мөлшері),: , мұндағы - газдың (сұйықтың)динамикалық тұтқырлығы, -газ қабаттарының(көлденең) жылдамдық гардиенті, - бет элементінің ауданы, - тасымалдау уақыты. Осы кезде қабаттар арасында ішкі үйкеліс күші пайда болады, оны тұтқыр сұйықтар үшін Ньютон формуласымен анықтайды ,
45) Динамикалық тұтқырлық: , мұндағы -газ(сұйық) тығыздығы, - молекулалардың ретсіз қозғалысынң орташа жылдамдығы, - олардың орташа еркін жол ұзындығы
47) Фурье заңы(жылуөткізгіштік) , мұндағы - жылуөткізгіштік жолымен қима арқылы уақыт ішінде өткен жылу мөлшері, -жылуөткізгіштік коэффициенті, - температура градиенті
48) Жылуөткізгіштік коэффициенті (газ үшін): немесе , мұндағы - тұрақты көлемдегі газдың меншікті жылусыйымдылығы, - газ тығыздығы, - газ молекулалардың орташа арифметикалық жылдамдығы, - молекулалардың орташа еркіндік жол айырымы
49) Фик заңы (диффузия): - мұндағы, - аудан арқылы уақыт ішінде диффузия нәтижесінде тасымалданған газ массасы, - диффузия коэффициенті, - молекулалар конценртация градиенті, - бір молекуланың массасы. Немесе , мұндағы -тығыздық градиенті
50) Диффузия коэффициенті:
, және арасындағы өзара байланыс формулалары: ,
Термодинамика негіздері
-
Ішкі энергия - жүйенің микробөлшерктерінің(молекулалар, атомдар, электрондар, ядролар және т.б.) ретсіз(жылулық) қозғалыстың және осы бөлшектердің өзараәсерлесудің энергиясы.
-
Ішкі энергияға жүйенің бүтін ретінде кинеткиалық энергиясы мен сыртқы өрістеріндегі жүйенің апотенциалдық энергиясы да жатпайды.
-
Ішкі энергия – жүйенің термодинамикалық күйнің бірмағыналы функциясы – әр бір күйінде жүйе кейбір ішкі энергияға ие болады.
-
Еркіндік дәреже бойынша энергияның таралуы туралы Больцманның теоремасы: термодинамикалық тепе-теңдіктегі жүйе үшін әр бір ілгерілемелі және айналмалы еркіндік дәрежесіне орташа кинетикалық энергиясы сәйкес кеелді, ал әр бір тербелімелі еркіндік дәрежесіне– орташадай ге тең энергия сәйкес келеді.
-
Молекуланың орташа энергиясы:
-
Идеал газдың бір моліне сәйкес келетін ішкі энергиясы:
-
Қандай да болсын массасы газ үшін ішкі энергиясы: .
-
Термодинамиканың бірінші бастамасы – термодинамикалық процестері үшін энергияның сақталу және түрлену заңы
-
Термодинамиканың бірініші бастамасы(тұжырымдамасы): жүйеге берілген жылу мөлшері оның ішкі энергия өзгерісіне жәнен сыртқы күштерге қарсы жасаған жұмысына жұмсалады: . немесе
-
Термодинамиканың бірінші бастамасы(дифференциалды түрінде) , мұндағы - жүйенің ішкі энергиясыынң шексіз аз өзгерісі, - элементарлық жұмыс, - жылудың шексіз аз өзгерісі. Демек,
- егер жүйеге жылу келтірілген болса, онда , егер жүйеден жылу алынған болса, онда
- егер жүйе сыртқы күштеріне қарсы жұмыс жасаса, онда , егер сыртқы күштер жүйе үстінен жұмыс жасаса, онда .
11) Заттың меншікті жылу сыйымдылығы - заттың 1 кг массасын 1 К темрератураға қыздыру үшін жылу мөлшеріне тең шама , немесе өлшем бірлігі Дж/(кгК)
12) Молярлық жылу сыйымдылық - заттың 1 молін 1 К –ге дейін қыздыруға қажетті жылу мөлшеріне тең шамасы. . Молярлық жылусыйымдылықтың өлшем бірлігі Дж/(мольК)
13) Молярлық жылу сыйымдылық және меншікті жылусыйымдылық арасындағы өзарабайланысы: , мұндағы - газдық молярлық массасы.
14) Тұрақты көлемдегі молярлық жылу сыйымдылық: 
15) Тұрақты қысымдағы молярлық жылусыйымдылық: , мұндағы - еркіндік дәреже саны, - молярлық газ тұрақтысы.
16) тұрақты көлем мен тұрақты қысымдағы меншікті жылусыйымдылықтары: және 
17) Майер теңдеуі:
18) Адиабата көрсеткіші: , немесе , немесе (Пуассон коэффициенті).
19) Идеал газдың ішкі энергиясы: немесе ,мұндағы -молекулалардың орташа кинетикалық энергиясы, -газ молекулалар саны, - зат мөлшері.
20) Идеал газдың ішкі энергия өзгерісі: 
21) газ көлемінің өзгерісі кезінде газдың жасалған жұмысы жылпы жағдайда: формуламен есептелінеді, мұндағы - газдың бастапқы көлемі, - газдың соңғы көлемі.
Дербес жағдайлары:
А) изобаалық процесс кезінде ( ): немесе
Б) изотермиялық процесс кезінде ( ): немесе
В) адиабаталық процесс кезінде(жүйемен сыртқы қоршаған орта арасында жылуалмасусыз өтетін процесс кезінде ): , немесе , мұндағы - газдың бастапқы температурасы, -газдың соңғы температурасы.
Г) изохоралық процессе кезінде : , өйткені газ ұлғаюы жоқ.
22) Пуассон теңдеуі (адиабаталық процесс кезіндегі газ күйнің теңдеуі):
, , , мұндағы - адиабата көрсеткіші
23) адиабаталық процесс кезіндегі газ күйінің бастапқы және соңғы параметрлер арасындағы байланысы: , , 
24) Термодинамиканың бірінші бастамасы
А) изобаралық процесс үшін: , немесе 
Б) изохоралық процесс үшін: : немесе
В) изотермиялық процесс үшін : немесе 
Г) адиабаталық процесс: :
25) Циклдің термиялық коэффициенті (ПӘК) жалпы түрде: , мұндағы - жұмыстық денемен (газбен) қыздырғыштан алынған жылу мөлшері, - жұмыстық денемен салқындатқышқа берілген жылу мөлшері.
26) Карно циклдің ПӘКі немесе , мұндағы - қыздырғыштың температурасы, - суытқыштың температурасы
27) Энтропия – бұл нтропия (гр. еntropіa – бұрылыс, айналу) – тұйық термодинамикалық жүйедегі өздігінен жүретін процестің өту бағытын сипаттайтын күй функциясы. Энтропияның күй функциясы екендігі термодинамиканың екінші бастамасында тұжырымдалады. Энтропия ұғымын термодинамикаға 1865 ж. Р.Клаузиус енгізген. Энтропия – термодинам. тепе-тендік күйдегі макроскоп. денелерге тән қасиет.
28) энтропия өзгерісі. . Қандай да тұйық жол үшін, математикалық қажетті және жеткілікті шарт, ол: ds = dq/T толық дифференциал болады. 1-2 еркінше алынған жол бойындағы интеграл, әр уақытта тең: S 2 − S 1 = ∫ 1 2 d q q a i t / T {\displaystyle S_{2}-S_{1}=\int _{1}^{2}dq_{qait}/T} . Шарт бойынша, жылулықты dQ жеткізу процессі қайтымды деп есептеледі. Сонымен, S - функция жағдайы. Оны энтропия деп атайды.
29) Изопроцестердегі энтропия өзгерісі:
изохоралық
|
Изобар-қ
|
Изотер-иялық T=const
|
адиабаталық(S=const)
|
|
|
|
|
30) Больцман формуласы , мұндағы - жүйе энтропиясы, - сол күйдің термодинамикалық ықтималдығы, - 1,38 Дж/К Больцман тұрақтысы.
Нақты газдар. Сұйықтар.
-
Газдың бір молі үшін Ван-дер-Ваальс теңдеуі:
-
Қандай да болсын зат мөлшері үшін Ван-дер-Ваальс теңдеуі: , мұндағы және - Ван-дер-Ваальс тұрақтылары (газдың бір моліне есептеп алынған) , - газ алған көлемі, - молярлық көлем, - ыдыс қабырғаларына түсірілген қысым.
Молекулалардың өзараәсерлесу күштерімен туындалған ішкі қысым: немесе
-
Кризистік параметрлерінің арасындағы байланысы– газ көлемінің, қысымының, температурасының және Ван-дер-Ваальс тұрақтыларымен байланысы: , .
-
Нақты газдың 1 молінің ішкі энергиясы
-
Нақты газдың ішкі энергиясы: , мұндағы -тұрақты көлемдегі газдың молярлық жылусыйымдылығы.
-
Жүйенің энтальпиясы: , мұндағы 1 және 2 индекстері жүйенің бастапқы және соңғы күйндеріне сәйкес келеді.
-
Беттік керілу коэффициенті: , мұндағы - сұйық бетін шектейтін l контурға әсер ететін беттік керілу күші, немесе , мұндағы -сұйықтың жоғарғы қабықшасының еркін энергияның өзгерісі, ол осы қабықшаның бет ауданының өзгерісімен байланысты.
-
Лаплас формуласы (жалпы жағдайда): , мұндағы - сұйық имек бетінен пайда болған қысымы, -беттік керілу коэффициенті, және - сұйық беттердің өзараперпендикуляр қималарының қисықтық радиустары.
-
Сфералық бет жағдай үшін Лаплас формуласы: .
-
Капиллярлы түтікшедегі сұйықтың көтерілу биіктігі: , мұндағы - жиектік бұрышы, - түтіктің радиусы, -сұйық тығыздығы, -еркін түсу үдеуі.
-
Екі жақын орналасқан параллель жазықтықтар арасындағы сұйықтың көтерілу биіктігі: , мұндағы - жазықтықтар арасындағы ара қашықтығы.
-
Дюлонг – Пти заңы , мұндағы - химиялық қарапайым таза қатты дененің молярная (атомдық) жылусыйымдылығы.
-
Клайперон – Клаузиустың теңдеуі, бірқалыпты өтетін процесс кезіндегі фазалық ауысудың температура өзгерісінің қысымның бірқалыпты өзгеретін тәуелділігін анықтай алатын теңдеу: , мұндағы - фазалық ауысудың жылуы, - бірінші фазадан екінші фазаға ауысу кезінде зат көлемінің өзгерісі, - ауысу температурасы.
Достарыңызбен бөлісу: |