Зерттеудің статистикалық және термодинамикалық әдістері
Молекулалар арасындағы өзара әсер күштері және потенциалдық энергиясы
жүктеу/скачать 0,97 Mb.
|
Молекулалар арасындағы өзара әсер күштері және потенциалдық энергиясыГаздардың молекула-кинетикалық теориясында қолданылатын идеал газдың үлгісі жеткілікті жоғары температуралардағы және төмен қысымдардағы сиретілген нақты газдарды сипаттауға мүмкіндік береді. Идеал газ күйінің теңдеуін қорытқанда, молекулалардың өлшемдері мен өзара әсерлері ескерілмейді. Қысымның жоғарылауы молекулалар арасындағы орташа ара қашықтықтың азаюына әкеп соғады, сондықтан, молекулалардың көлемі мен олардың арасындағы әсерді ескеру қажет. Қалыпты жағдайда, 1 м3 газда 2,68×1025 молекула бар, ол шамамен 10–4 м3 көлемді қамтиды (молекула радиусы шамамен 10–10 м), газдың көлемімен (1 м3) салыстырғанда, оны ескермеуге болады. Қысым 500 МПа (1 атм = 101,3 кПа) болғанда, молекулалардың көлемі газ көлемінің жартысын құрайды. Осылайша, жоғары температура мен төмен қысымда жоғарыда айтылған идеал газдың үлгісі жарамсыз болып табылады. Қасиеттері олардың молекулаларының арасындағы өзара әсерлесуге тәуелді болатын нақты газдарды қарастырғанда, молекула аралық өзара әсер күштерін ескеру қажет. Бұл күштер £ 10–9 м қашықтықта әсер етеді және молекулалардың ара қашықтығы артқан сайын, жылдам азаяды. Мұндай күштер жақыннан әсер етуші күштер деп аталады. XX ғасырда кванттық механика мен атомның құрылысы туралы түсініктердің қалыптасуына байланысты, заттың молекулалары арасында тартылыс және тебу күші бір уақытта әсер ететіні белгілі болды. 88, а суретте молекула аралық күштердің молекулалар арасындағы r қашықтыққа тәуелділігі көрсетілген, мұнда Fтеб және Fтарт — сәйкесінше тебу және тартылыс күштері, aл F — олардың қорытқы күші. Тебу күштері теріс, ал өзара тартылыс күштері теріс деп саналады. r=r0 қашықтықта қорытқы күш F = 0, яғни тебу күші мен тартылу күштері өзара теңеседі. Осылайша, r0 қашықтығы жылу қозғалысы болмаған жағдайдағы молекулалардың тепе-тең ара қашықтығына сәйкес келеді. r < r0 болғанда, тебу күші артады, (F>0), r > r0 болған кезде — тартылу күші (F<0) артады. r > 10–9 м қашықтықта молекула аралық өзара әсер күштері болмайды (F®0). F күштің dA элементар жұмысы молекулалар арасындағы dr қашықтық артқан сайын молекулалардың өзара потенциалдық энергиясының азаюы есебінен жасалады, яғни: (60.1) Молекулалардың өзара әсерінің потенциалдық энергиясы мен олардың қашықтығы арасындағы сапалық тәуелділікті талдаудан шығатыны (сурет 88, б), егер молекулалар бір-бірінен молекула аралық күштер әсер ете алмайтындай қашықтықта болса, (r®¥), онда П=0 болады. 88-сурет Молекулалар бір-біріне біртіндеп жақындаған сайын, оң жұмыс (dA=Fdr > 0) атқаратын тартылу күштері (F<0) пайда болады. Сонда (60.1) сәйкес, r= r0 болғанда минимумына жететін өзара әсердің потенциалдық энергиясы азаяды. r < r0 болған кезде, r азайған сайын, тебу күші (F>0) тез өседі де, оларға қарсы жасалған (dA=Fdr<0) жұмыс теріс болады. Потенциалдық энергия да жылдам өседі және оң болады. Берілген потенциалдық қисықтан шығатыны, тұрақты тепе-теңдік (r = r0) жағдайында, өзара әсерлесуші екі молекуладан тұратын жүйенің потенциалдық энергиясы минимал болады. Заттың әр түрлі агрегаттық күйлерінің көрсеткіші Пmin және kT шамаларының арасындағы қатынас болып табылады. Пmin —бұл (r= r0) тепе-теңдікте тұрған молекулаларды ажырату үшін тартылу күшіне қарсы жасалатын жұмысты анықтайтын молекулалардың өзара әсерінің ең кіші потенциалдық энергиясы; kT молекулалардың бейберекет (жылулық) қозғалысының бір еркіндік дәрежесіне сәйкес келетін екі еселенген орташа энергияны анықтайды. Егер Пmin<<kT болса, онда зат газ тәрізді күйде болады, себебі, r0 қашыққа дейінгі жақындасқан молекулалардың интенсивті жылулық қозғалысы, олардың бірігуіне кедергі келтіреді, яғни, молекулалардан агрегаттардың пайда болу ықтималдығы аз. Егер Пmin>>kT болса, онда зат қатты күйде болады, себебі, бір-біріне тартыла отырып, белгілі r0 қашықтықта тепе-теңдік қалыпқа жақын күйде тербеліп тұрады. Егер Пmin»kT болса, зат сұйық күйде болады, себебі, жылулық қозғалыстың нәтижесінде молекулалар кеңістікте қозғалады, орындарын ауыстырады, бірақ, r0 –ден үлкен қашықтыққа алыстап кетпейді. Осылайша, кез келген зат температураға байланысты газ тәрізді, сұйық немесе қатты агрегаттық күйде бола алады, және бір агрегаттық күйден екінші күйге өту температурасы берілген заттың Пmin-на байланысты. Мысалы, инертті газдарда Пmin кіші, ал металдарда ол өте үлкен, сондықтан қалыпты (бөлме) температурасында олар сәйкесінше газ тәрізді және қатты күйде болады. жүктеу/скачать 0,97 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|