Доказательство основных положений

Занятие по физике №35 Группа 1АБ Дата проведения: 13.01.21г.

Тема: Броуновское движение. Диффузия. Силы и энергия межмолекулярного взаимодействия.

Выполненные задания отправлять на электронную почту: tatiefremenko@yandex.ua

или страницу вКОНТАКТЕ - https://vk.com/id592773352

Индивидуальные консультации, оценивание устных ответов по тел.:

0660627421, 0721813966 Ефременко Т.А.

Домашнее задание: §55, стр. 182, §56, стр. 185, ответить на вопросы и решить задания ЕГЭ на стр.184, 187 «Физика 10 кл.» Г.Я. Мякишев, составить краткий конспект занятия.

Видеофильм просмотреть по ссылке: https://www.youtube.com/watch?v=K2LEIMkGRRQ

Здравствуйте, дорогие ребята! На прошлом занятии мы с вами сформулировали основные положения МКТ, от которых в дальнейшем будет отталкиваться весь курс, изучающий микромир макрообъектов. Сейчас же будет дано качественное обоснование этих положений с помощью описания броуновского движения молекул и их взаимодействия между собой.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Опорный конспект

Теория

Для начала вспомним основные положения МКТ, а именно:

1. Все тела состоят из маленьких частиц – молекул и атомов,

2. Эти частицы находятся в постоянном хаотическом движении,

3. Эти частицы непрерывно взаимодействуют между собой.

Так как же получить опытное подтверждение этих утверждений? На самом деле с одним из способов знаком каждый без исключения человек. Это диффузия, или смешивание, говоря простым языком.

Определение. Диффузия – процесс взаимного проникновения молекул одного вещества в пространство между молекулами другого (рис. 1).

Рис. 1. Процесс диффузии в газах

Диффузия может происходить как в газах (мы можем наблюдать этот процесс, чувствуя распространение запахов), в жидкостях (смешивание окрашенной воды разных цветов) и даже в твёрдых телах (если на длительное время положить друг на друга очень гладкие листы стекла или металла, то невозможно будет отличить, где кончается один лист и начинается другой). Более того, существует также смешанная диффузия, то есть проникновение молекул газа в твёрдые и жидкие тела (иначе рыба в воде не могла бы дышать) и т. д. (Рис. 2)

Рис. 2. различные примеры диффузии

Действительно, если предположить, что вещество – некая сплошная структура, становится совершенно непонятно, как объяснить все вышеупомянутые явления.

Однако основным аргументом в объяснении основных положений МКТ является броуновское движение.

Описание опыта Броуна

Определение. Броуновское движение – непрерывное тепловое хаотическое движение молекул вещества (Рис. 3).

Этот термин вошёл в обиход после того, как в 1827 г. шотландский ботаник Роберт Броун, смешав пыльцу плавуна с водой и рассмотрев каплю смеси под микроскопом, наблюдал вышеупомянутое движение.

Рис. 3. Траектория частицы при броуновском движении

Объяснение опыта Броуна

Однако, так как Броун мог рассмотреть в микроскоп лишь частицы пыльцы, он неправильно трактовал своё открытие (думал, что пыльца живая). Спустя почти век уже немецкий физик Альберт Эйнштейн понял, что крупную частицу пыльцы просто напросто толкают намного более мелкие молекулы воды, которые сами уже непосредственно движутся хаотически (Рис. 4).

Рис. 4. Броуновская частица пыльцы в воде

Подобные наблюдения можно проводить множеством других способов: капните краской в воду и взгляните на смесь под микроскопом, понаблюдайте за отдельной пылинкой, движущейся у вас в квартире…

Доказательство основных положений

Таким образом, наличие броуновского движения полностью подтверждают введённые положения МКТ. Сам факт движения пыльцы подтверждает их. Раз пыльца движется, значит, на неё действуют силы. Единственная возможная причина возникновения этих сил – это соударения каких-либо маленьких тел. Следовательно, уже невозможно сомневаться в первых двух положениях. А так как частица пыльцы меняет своё направление, значит в различные моменты времени количество ударов по пыльце с определённой стороны разное, а значит, нельзя сомневаться и в том, что молекулы воды взаимодействуют друг с другом.

Молекула – сложная система, состоящая из отдельных заряженных частиц: электронов и атомных ядер. В целом молекулы электрически нейтральны, тем не менее между ними на малых расстояниях действуют значительные электрические силы: происходит взаимодействие.

Диаметр молекул зависит от температуры , но этой зависимостью пренебрегают, так как она незначительна электронов и атомных ядер соседних молекул.

Молекулы различных веществ взаимодействуют друг с другом. Силы взаимодействия зависят от типа молекул и расстояния между ними. Характер движения и расположения молекул определяет то или иное агрегатное состояние вещества.

При определённом расстоянии между молекулами сила притяжения становится равной силе отталкивания. Это расстояние считается равным диаметру молекулы и отсчитывается от их центров.

Если расстояния между молекулами превышают 2-3 диаметра молекул, то между молекулами действуют силы притяжения. По мере уменьшения расстояния между молекулами сила их взаимного притяжения сначала увеличивается, но одновременно увеличивается и сила отталкивания. Результирующая сила направлена в сторону действия силы притяжения.

Если расстояния между молекулами становятся меньше размеров самих молекул, электронные оболочки атомов начинают перекрываться и быстро увеличивается сила отталкивания. Результирующая сила направлена в сторону силы отталкивания.

Потенциальная энергия взаимодействия молекул и сила межмолекулярного взаимодействия зависят от расстояния между молекулами (рис.1).

1) При = 𝑟 потенциальная энергия минимальна, сила притяжения равна силе отталкивания;

2) при сила притяжения больше силы отталкивания;

3) при сила притяжения меньше силы отталкивания.

Рис.1

Силы взаимодействия молекул являются консервативными силами (потенциальными). Макроскопическим проявлением межмолекулярного взаимодействия является сила упругости.

Поскольку молекулы совершают перемещения или колебания, они обладают скоростью, отличной от нуля. Таким образом, отдельная молекула характеризуется массой, импульсом, скоростью и энергией движения. Перечисленные параметры называются микроскопическими параметрами.

Микросостояние – это способ реализации макросостояния системы.

Основные характеристики молекул и их систем, способы их расчёта:

а) порядок диаметра молекул: