Физика. 10 класс
Конспект урока
Физика, 10 класс
Урок 18. Основное уравнение МКТ
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:
1) средняя кинетическая энергия молекулы;
2) давление газа;
3) основное уравнение МКТ;
Глоссарий по теме:
Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул и средней кинетической энергии поступательного движения молекул.
Средняя кинетическая энергия молекул – усреднённая величина, равная половине произведения массы молекулы на среднюю величину квадрата её скорости.
Концентрация – число молекул в единице объёма.
Масса молекулы (или атома) – чрезвычайно маленькая величина в макроскопических масштабах (граммах и килограммах), вычисляется через отношение массы вещества к количеству содержащихся в ней молекул (или атомов).
Изменение импульса тела – произведение силы на время действия силы. Импульс силы всегда показывает, как изменяется импульс тела за данное время.
Основная и дополнительная литература по теме урока:
- Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. С. 188 – 192.
- Кирик Л.А., Генденштейн Л.Э., Гельфгат И.М.. Задачи по физике. 10-11 классы для профильной школы. – М.: Илекса, 2010. С. 111.
- Рымкевич А.П. Физика. Задачник. 10-11 классы. – М.: Дрофа, 2013. С. 65 – 67.
Открытые электронные ресурсы по теме урока:
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Основная задача молекулярно-кинетической теории газа заключается в том, чтобы установить соотношение между давлением газа и его микроскопическими параметрами — массой молекул, их средней скоростью и концентрацией. Это соотношение называется основным уравнением молекулярно-кинетической теории газа.
Давление газа на стенку сосуда обусловлено ударами молекул, давление газа пропорционально концентрации молекул: чем больше молекул в единице объема, тем больше ударов молекул о стенку за единицу времени. Каждая молекула при ударе о стенку передает ей импульс, пропорциональный импульсу молекулы m0v.
Давление пропорционально второй степени скорости, так как, чем больше скорость молекулы, тем чаще она бьется о стенку сосуда. Расчеты показывают, что основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа имеет вид:
, где m0 — масса одной молекулы газа,
n— концентрация молекул,
— среднее значение квадрата скорости молекул.
Коэффициент обусловлен трёхмерностью пространства — во время хаотического движения молекул все три направления равноправны.
Средняя кинетическая энергия поступательного движения
тогда уравнение примет вид:
Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул на среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекулы.
Примеры и разбор решения заданий.
1. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго:
А)
2) средняя кинетическая энергия молекул
Б)
3) давление газа на стенку сосуда
В)
4) концентрация молекул
Г)
Правильный ответ: вспомнив формулы величин, устанавливаем соответствие:
В)
2) средняя кинетическая энергия молекул
А)
3) давление газа на стенку сосуда
Г)
4) концентрация молекул
Б)
2. Кислород находится при нормальных условиях. Средняя квадратичная скорость молекул кислорода в этом случае равна ___ м/с.
Температура как мера средней кинетической энергии молекул
Представляем формулу основного уравнения молекулярно-кинетической теории (МКТ) газов:
(где n = N V – это концентрация частиц в газе, N – это число частиц, V – это объем газа, 〈 E 〉 – это средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул газа, » open=» υ k v – это средняя квадратичная скорость, m 0 – это масса молекулы) связывает давление – макропараметр, достаточно просто измеряющийся с такими микропараметрами, как средняя энергия движения отдельной молекулы (или в другом выражении), как масса частицы и ее скорость. Но находя только лишь давление, нельзя установить кинетические энергии частиц отдельно от концентрации. Поэтому для нахождения в полном объеме микропараметров нужно знать еще какую-то физическую величину, связанную с кинетической энергией частиц, составляющих газ. За данную величину можно взять термодинамическую температуру.
Газовая температура
Для определения газовой температуры нужно вспомнить важное свойство, которое сообщает о том, что в условиях равновесия средняя кинетическая энергия молекул в смеси газов одинаковая для различных компонентов данной смеси. Из данного свойства следует то, что если 2 газа в различных сосудах находятся в тепловом равновесии, тогда средние кинетические энергии молекул данных газов одинаковые. Это свойство мы и будем использовать. К тому же в ходе экспериментов доказано, что для любых газов (при неограниченном числе), которые находятся в состоянии теплового равновесия, справедливо следующее выражение:
С учетом вышесказанного, используем ( 1 ) и ( 2 ) и получаем:
Из уравнения ( 3 ) следует, что величина θ , которой мы обозначили температуру, вычисляется в Д ж , в чем измеряется также и кинетическая энергия. В лабораторных работах температура в системе измерения вычисляется в кельвинах. Поэтому введем коэффициент, который уберет данное противоречие. Он обозначается k , измеряется в Д ж К и равняется 1 , 38 · 10 — 23 . Данный коэффициент называется постоянной Больцмана. Таким образом:
θ = k T ( 4 ) , где T – это термодинамическая температура в кельвинах.
Связь термодинамической температуры и средней кинетической энергией теплового движения молекул газа выражается формулой:
» open=» E = 3 2 k T ( 5 ) .
Из уравнения ( 5 ) видно, что средняя кинетическая энергия теплового движения молекул прямо пропорциональна температуре газа. Температура является абсолютной величиной. Физический смысл температуры заключается в том, что она, с одной стороны, определяется средней кинетической энергией, которая приходится на 1 молекулу. А с другой стороны, температура – это характеристика системы в целом. Таким образом, уравнение ( 5 ) показывает связь параметров макромира с параметрами микромира.
Известно, что температура – это мера средней кинетической энергии молекул.
Можно установить температуру системы, а затем рассчитать энергию молекул.
http://zaochnik.com/spravochnik/fizika/molekuljarno-kineticheskaja-teorija/srednjaja-kineticheskaja-energija-molekul/