I Elementy fizyki cząsteczkowej

1.

Założenia teorii kinetyczno-molekularnej:a) materia ma budowę nieciągłą, składa się z cząsteczek i atomów, b)atomy i cząsteczki są w ciągłym rychu,c) między cząsteczkami i atomami występują wzajemne oddziaływania - siły, d) średnia prędkość cząsteczek zależy od temp. e) wraz ze zmianą stanu skupienia ciała odległość pomiędzy cząstecz. Się zmienia.

Siły Van der Walsa- są to siły międzycząsteczkowe siły grawitacji, siły elektromagnetyczne siły jądrowe. Ich cechą charakterystyczną jest ich szybki zanik wraz ze wzrostem odległości pomiędzy oddziaływującymi na siebie cząsteczkami. Wielkość tych sił ulega zmianie wraz ze wzrostem temp:a) orientacyjne- występują między cząstecz. Polarnymi, b)indukcyjne-występują pomiędzy trwałym dipolem a dipolem indukowanym(wzbudzonym), c) dyspersyjne- występują zawsze bez względu na to czy cząsteczki mają budowę dipolową czy niepolarną.

Przy pewnej odległości siła jest równą 0 nie istnieją oddziaływania między cząst. Jest to stan równowagi układu. Ta odległość odpowiada minimum Ep. Co jest warunkiem trwania układu. Wraz ze wzrostem odległości siły przyciągania gwałtownie rosną co powoduje użycie nadmiaru Ep. Po zwiększeniu do nich międzycząsteczkami, rosną też siły przyciągania które później szybko maleją aż do zera. Równocześnie Ep stopniowo rośnie do swojej minimalnej wartości, rośnie do zera.

Gaz idealny- jest to abstrakcyjny, matematyczny model gazu, spełniający następujące warunki: brak oddziaływań międzycząsteczkowych z wyjątkiem odpychania w momencie zderzeń cząsteczek, objętość cząsteczek jest znikoma w stosunku do objętości gazu ,zderzenia cząsteczek są doskonale sprężyste, cząsteczki znajdują się w ciągłym chaotycznym ruchu.nie ma obj. Przyjmuje obj. Naczynia w którym się znajduje, ruch bezwładny.

Równanie Clapeyrona- pV=nRT. Wzrost ciśnienia powoduje że zmniejszają się odległości między cząsteczkami oraz powoduje pojawienie się oddziaływań międzycząsteczkowych.

Pv=RT- dla 1mola gazu dosk., pV= nRT- dla n moli, pv= const.

Gaz rzeczywisty- gaz, który nie zachowuje się ściśle zgodnie z prawami ustalonymi dla gazu doskonałego. W praktyce są to wszystkie gazy istniejące w realnym świecie, aczkolwiek przybliżenie gazu doskonałego może w wielu warunkach być do nich z powodzeniem zastosowane. Przybliżenie to zawodzi jednak w skrajnych warunkach, oraz gdy istnieje potrzeba dokonania bardzo dokładnych obliczeń w warunkach zbliżonych do normalnych.

Równanie Van der Walsa-(p+a/v²m)(vm-b)=RT [T-temp. bezwzgl., vm-obj. Molowa, a-stan gazu, p-ciśnienie, R-stała gazowa]

2.

Gaz - stan skupienia materii, w którym ciało fizyczne łatwo zmienia kształt i zajmuje całą dostępną mu przestrzeń. Właściwości te wynikają z własności cząsteczek, które w fazie gazowej mają pełną swobodę ruchu. Wszystkie one cały czas przemieszczają się w przestrzeni zajmowanej przez gaz i nigdy nie zatrzymują się w jednym miejscu.

Dyfuzja -jest to transportem masy(proces przenoszenia cząst. Jakiejś subst od miejsca o większym stężeniu do miejsca o mniejszym) dyfuzja zachodzi gdy jest różnica gęstości gazów.(
)- wpół. Dyfuzji zależy od rodzaju cieczy temp., ciśnienia.

∆M=-D∆ρ/∆x ∆s∆t

- prawo Ficka- zwrot gradiantu stężeń jest przeciwny do kierunku stężenia subst.C1>C2

p=
współ. Przepuszczalności dla danej subst.

Lepkość, (tarcie wewnętrzne) - właściwość płynów i plastycznych ciał stałych charakteryzująca ich opór wewnętrzny przeciw płynięciu. Lepkością nie jest opór przeciw płynięciu powstający na granicy płynu i ścianek naczynia.Siła lepkości jest proporcjonalna do pow. Warstw i radientu prędkości. Współ. lepkościJest to stosunek siły do gradiantu.Jest liczbowo równy sile lepkości działającej, przyłożonej do pow. Przy jednostkowym gradiancie prędkości. Współ lepkości dla cieczy maleje wraz ze wzrostem temp.

Wzór:

3.

Przemiany Fazowe: a) topnienie- przemiana ciała stałego w ciecz dot. Tylko ciał krystalicznych ∆t= const., zmniejsza się ogj. Zmniejszają się odległości między cząst. Burzenie sieci krystalicznej. Podczas topnienie zmienia się objętość. Ciepło topnienia- jest to ilość ciepła potrzebna do stopienia 1kg ciała. Λ=Q/m[J/kg].b) parowanie-wychodzenie ponad pow. Cieczy. Aby cząst. Mogły unieść się ku górze muszą pokonać siły spójnośći, napięcie pow., ciśnienie atmosferyczne. Proces przechodzenia z fazy ciekłej w faze gazową.

c) sublimacja- (lód w parę) proces przejścia subst. Ze stanu stałego w stan gazowy z pominięciem stanu ciekłego.d) wrzenie- zjawisko przemiany cieczy w gaz, ciśnienie pary nasyconej w pęcherzykach = energii zew.. Temp. wrzenia zależy od ciśnienia

Wykres charakt. Dla wody:

Para- stan materii powyżej temp. krytycznej.

Warunki skraplania gazu: a) izotermiczne zmniejszenie obj, b) izohoryczne oziębienie, c) izobaryczne obniżenie temp. d) adiabatyczne rozprężenie

Izoterma gazu:

p-f (v) T= const. T=const- izotermiczne, P=const-izobaryczne, V=const-izohoruczne

T4>T1

Powyżej Tk -gaz, poniżej para

4.

Zjawiska powierzchniowe w cieczach:

W cieczy działają siły:na cząsteczkę działają siły spójności których sfera działania znajduje się w cieczy, równoważą się i ich wypadkowa równa się zeru, na cząsteczkę w całej warstwie pow. O grubości r działają niezrównoważone siły międzycząsteczkowe skierowane do wnętrza cieczy. W polu ich działania cząsteczki mają energię potencjalną, na cząsteczki cieczy znajdujące się na pow, cieczy swobodnej cieczy działają niezrównoważone siły międzycząsteczkowe, których wypadkowa jest skierowana prostopadle do pow. Cieczy i ma zwrot do wnętrza cieczy.

napięcie pow.-im dłuższa jest krawędź do której prostopadle działa siła rozciągająca tym większej siły trzeba użyć do rozerwania błony powierzchniowej siła ta jest wprost proporcjonalna do długości krawędzi błony powierzchniowej.F=δL Zjawisko nap. Pow.- przedstawia siłę działającą stycznie do pow. Cieczy a prostopadle do krawędzi błony pow., przypadającej na jednostkę długośći tej krawędzi. Współ. nap. Pow-stosunek siły napięcia pow. Do długości brzegu pow. Swobodnej cieczy.δ=F/L, zalezy od rodzaju cieczy, temperatury, rodzaju rozpuszczonej subst., i jesj stężenia. Współ nap. Pow.- równa się stosunkowi pracy jaką należy wykonać aby zwiększyć pow swobodną cieczy do przyrostu tej pow.δ=W/∆a.

ciśnienie pod pow. cieczy(równanie la placea)-ciśnienie pod piw. Cieczy na zakrzywionej( wklęsłej lub wypukłej) pow. Cieczy można wyrazić wzorem:

p=p₀+δ(1/R₁+1/R₂). Jednak jeśli pow jest kulista:p=p₀+2δ/R

Włoskowatość-podniesienie się poziomu cieczy zwilżającej w rurkach włoskowatych( gdy siły przylegania między cząst. Ścian naczynia są większe od sił spójności następuje podniesienie się poziomu cieczy).W kapilarze o promieniu r zanurzonej w cieczy zwilżającej pow. Cieczy utworzy menisk wklęsły o promieniu R. ciecz w kapilarze podniesie się na taką wysokość przy której podciśnienie zrównoważy się z ciśnieniem hydrostatycznym słupka cieczy. Rurki włoskowate- im mniejszy przekrój cieczy tym wyżej podniesie się poziom cieczy. Jest to wynikiem oddziaływania między wodą a ściankami naczynia oraz działaniem nap. Pow w mienisku hpg-2δ/r

---