Transcript История молекулярной физики

Исследовательская работа по физике
История молекулярной
физики
Ученица 11 А класса
Мязина Татьяна
Руководитель:
Учитель физики
Ольга Михайловна Глебова
Лиман 2012 год
Проследить историю развития
молекулярной физики от первых
научных открытий до настоящего
времени.
Молекулярная физика и
термодинамика - разделы физики, в
которых изучается макроскопические
процессы в телах, связанные с
огромным числом содержащихся в них
атомов и молекул.
Существует множество различных
технологий, без которых не обходится
наша жизнь. Но мало кто знает о том,
как научными методами продвигалось
человечество к такому результату. Для
того, чтобы показать путь развития из
элементарной гипотезы к глобальному
прогрессу, обратимся к истории.
Современная молекулярная физика начала
развиваться с XVII в., хотя понятие и
термин «атом» возник еще в античный
период (Левкипп, V в.до н.э., Демокрит,
Эпикур). Зарождение кинетической теории
газов связывают с именем Д. Бернулли
(18 век). Атомистические представления
использовал М.В. Ломоносов. Первой
современной формой физической
атомистики является кинетическая
теория газов, авторы которой А.К. Крёниг,
Дж.У. Гиббс, Д.К. Максвелл, Л. Больцман
заложили также основы классической
физики. Квантовая механика привела
к созданию квантовой кинетики
и квантовой статистической физики.
М.В.Ломоносов
заложил основы
молекулярнокинетической
теории, правда,
представляя
молекулы в виде
вращающихся
шариков, так как
упругих
столкновений
между ними
быть по его
представлениям
не могло.
Первым сформировавшимся разделом
молекулярной физики была кинетическая
теория газов:
• все тела состоят из частиц: атомов, молекул
и ионов;
• частицы находятся в непрерывном
хаотическом движении (тепловом);
• частицы взаимодействуют друг с другом
путём абсолютно упругих столкновений.
В процессе её развития работами Джеймса
Клерка Максвелла, Людвига Больцмана , Дж.
У. Гиббса была создана классическая
статистическая физика.
Дальтон Джон
Английский химик и
физик, член
Лондонского
королевского общества.
Физические
исследования в области
молекулярной физики:
•
адиабатическое
сжатие и расширение
(система не получает и
не отдаёт тепловой
энергии),
•
насыщенный и
перегретый пар,
•
зависимость
растворения газов от их
парциального давления
(давление отдельно
взятого компонента
газовой смеси).
Усилиями химиков развивалась атомистика.
Один из создателей ее основ Дальтон
сформулировал закон кратных отношений,
опубликовал труд "Новая система
химической философии", в котором изложил
атомистическую теорию. По этой теории
соединения состоят из атомов элементов,
которые различаются по атомному весу.
Шведский химик И.Я.Берцелиус опубликовал
таблицу атомных весов, которые в основном
совпадают с принятыми в настоящее время.
Он также предложил химические символы
элементов по первым буквам их латинского
названия.
На основе атомных весов с учетом
химических свойств элементов
Менделеев сделал самое гениальное
открытие в химии 19 века периодический закон и составил
периодическую таблицу химических
элементов.
Успехи учения об атомно-молекулярном
строении вещества, в особенности,
газов, безусловно, оказало влияние на
становление термодинамики и
молекулярной физики и способствовало
развитию механической теории
теплоты.
Развитие молекулярной физики привело к выделению из нее многих
самостоятельных разделов:
•
•
•
•
•
•
•
•
статистическая физика,
кинетика,
физика конденсированного состояния,
физическая химия,
химическая физика,
молекулярная биология,
физико-химическая механика,
физическая газовая динамика и др.
Представления молекулярной физики послужили основой для возникновения
таких областей науки, как:
•
•
•
•
•
•
физика металлов,
физика полупроводников,
физика полимеров,
физика поверхности,
физика плазмы,
нанофизика и т.д.
При всем разнообразии объектов и методов исследования молекулярную физику
объединяет общая идея, заключающаяся в описании макроскопических свойств на
основе микроскопической (атомно-молекулярной) картины его строения.
Итак,
Проследим историю развития
молекулярной физики в школьном
курсе. Для этого обратимся к
• учебникам 7-9 классов,
(автор - Перышкин А.В.),
• учебнику 10 класса
(авторы - Мякишев Г.Я., В.М.Чаругин)
Диффузия - процесс взаимного
проникновения молекул одного вещества
между молекулами другого, приводящий
к самопроизвольному выравниванию их
концентраций по всему занимаемому
объёму.
Изучается в 7 классе учебника
«Физика»
Агрегатное состояние — состояние
вещества, характеризующееся
способностью или неспособностью
сохранять объём и форму.
Выделяют три основных агрегатных
состояния: твёрдое тело, жидкость и
газ. Отличаются друг от друга
расстоянием между молекулами.
Изучается в 7 классе учебника
«Физика»
Давление = отношение силы, действующей
на поверхность перпендикулярно этой
поверхности, к площади этой поверхности.
Давление на глубине жидкости не зависит от
площади поверхности, а зависит от
плотности жидкости и от глубины:
р = ρgh
Закон Паскаля: "жидкости и газы передают
оказываемое на них давление без изменения
в каждую точку жидкости или газа".
Изучается в 7-9 классах учебника
«Физика»
Обратимся к учебнику «Физика» 10 класса.
Как и в 7 классе, здесь рассматривается
давление, изучаются формулы его
высчитывания. Добавляется лишь то, что
оно зависит от плотности вещества и его
концентрации.
Существуют изобарный, изохорный,
изотермический процессы.
Изохорный процесс
термодинамический процесс, который происходит
при постоянном объёме. Для осуществления
изохорного процесса в газе или жидкости достаточно
нагревать (охлаждать) вещество в сосуде, который
не изменяет своего объема.
При изохорическом процессе давление идеального
газа прямо пропорционально его температуре (Закон
Шарля). В реальных газах закон Шарля не
выполняется.
Графиком является изохора
Изобарный процесс
термодинамический процесс, происходящий в
системе при постоянном давлении и
постоянной массе идеального газа.
Согласно закону Гей-Люссака, при
изобарном процессе в идеальном газе
Графиком является изобара
Изотермический процесс
термодинамический процесс, происходящий в
физической системе при постоянной температуре
Работа, совершенная идеальным газом в
изотермическом процессе, равна
, где
N — число частиц газа, T — температура, и V1,
V2 — объём газа в начале и конце процесса,
k — постоянная Больцмана.
Несколько изотерм для идеального газа
Мы проследили историю развития
молекулярной физики из школьного
курса. Можно заметить, что она
рассматривается в каждом учебном
году до 11 класса, то есть, является
• одной из основ физики в целом,
• «двигателем» многих научных открытий
Таким образом,
можно с уверенностью говорить о том, что
молекулярная физика – это не только раздел физики,
который изучает физические свойства тел на основе
рассмотрения их молекулярного строения. Задачи
молекулярной физики решаются методами физической
статистики, термодинамики и физической кинетики, они
связаны с изучением движения и взаимодействия частиц
(атомов, молекул, ионов), составляющих физические
тела, но и очень важный стимулятор науки, который
исследует путь развития из элементарной гипотезы, что
непременно важно в нашей жизни.
Список литературы
• http://www.lomonosov-fund.ru/enc/ru/encyclopedia:01288:article
• http://www.bestreferat.ru/referat-70948.html
• http://physics.kgsu.ru/index.php?option=com_co
ntent&view=article&id=343
• http://www.xiron.ru/content/view/30333/28/
• Кикоин А.К., Кикоин И.К. Молекулярная физика, 2 изд, М., 1976.
• Сивухин Д.В. Общий курс физики, т.2, Термодинамика и
молекулярная физика, М., 1975.
• Перышкин А.В. Учебник по физике 8-9 класс.
• Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругин учебник для
образовательных учреждений. 10-11 классы.