--> Ñðåäíåå çíà÷åíèå ñêîðîñòè òåïëîâîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóë. Ôèçèêà 10 êë.
ìîé ÞÒÓÁ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!
ìîé ÒÅËÅÃÐÀÌ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Ìîëåêóëÿðíàÿ ôèçèêà. Òåðìîäèíàìèêà. Ôèçèêà 10 êë. Ìÿêèøåâ

Ãëàâà 4. Ìîëåêóëÿðíî-êèíåòè÷åñêàÿ òåîðèÿ èäåàëüíîãî ãàçà

 


§ 4.3. Ñðåäíåå çíà÷åíèå ñêîðîñòè òåïëîâîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóë

Ïðåæäå ÷åì ïðèñòóïèòü ê âû÷èñëåíèþ äàâëåíèÿ ãàçà ñ ïîìîùüþ ìîëåêóëÿðíî-êèíåòè÷åñêîé òåîðèè, ðàññìîòðèì äåòàëüíåå ïðîñòûå çàêîíîìåðíîñòè, îòíîñÿùèåñÿ ê ñðåäíèì çíà÷åíèÿì ñêîðîñòåé òåïëîâîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóë.

Ñðåäíèå çíà÷åíèÿ

Ïðåäïîëîæèì, ÷òî ìîëåêóëû ãàçà äâèæóòñÿ áåñïîðÿäî÷íî. Ñêîðîñòü ëþáîé ìîëåêóëû ìîæåò îêàçàòüñÿ êàê î÷åíü áîëüøîé, òàê è î÷åíü ìàëåíüêîé. Íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ ìîëåêóë õàîòè÷åñêè ìåíÿåòñÿ ïðè èõ ñòîëêíîâåíèÿõ äðóã ñ äðóãîì. Îá ýòîì áûëî ðàññêàçàíî â ãëàâå 2. Íàáëþäåíèå áðîóíîâñêîãî äâèæåíèÿ ñëóæèò äîêàçàòåëüñòâîì ó÷àñòèÿ ìîëåêóë â õàîòè÷åñêîì äâèæåíèè.

Îäíàêî, õîòÿ äâèæåíèå îòäåëüíûõ ìîëåêóë õàîòè÷íî, ïîâåäåíèå âñåõ ìîëåêóë â öåëîì îáíàðóæèâàåò ïðîñòûå çàêîíîìåðíîñòè. Âî-ïåðâûõ, åñëè â ãàçå ïðîèçâîëüíî âûäåëèòü êàêîå-ëèáî íàïðàâëåíèå, òî ñðåäíåå ÷èñëî ìîëåêóë, äâèæóùèõñÿ â ýòîì íàïðàâëåíèè, äîëæíî ðàâíÿòüñÿ ñðåäíåìó ÷èñëó ìîëåêóë, äâèæóùèõñÿ â ïðîòèâîïîëîæíîì íàïðàâëåíèè. Âåäü õàîñ â äâèæåíèè ìîëåêóë îçíà÷àåò, ÷òî íè îäíî èç íàïðàâëåíèé äâèæåíèÿ íå ÿâëÿåòñÿ ïðåèìóùåñòâåííûì. Âñå îíè ðàâíîïðàâíû.

Òî÷íî òàê æå ñðåäíåå ÷èñëî ëþäåé, èäóùèõ ïî óëèöå ãîðîäà â îäíó è äðóãóþ ñòîðîíó, â ñðåäíåì çà äîñòàòî÷íî áîëüøîé ïðîìåæóòîê âðåìåíè (èëè äëÿ äîñòàòî÷íî áîëüøîé ãðóïïû ëþäåé) îäèíàêîâî. Êîíå÷íî, åñëè èñêëþ÷èòü îñîáûå ñëó÷àè âðîäå óëè÷íîãî øåñòâèÿ.

Âî-âòîðûõ, ïðîñòûå çàêîíîìåðíîñòè ñïðàâåäëèâû äëÿ ñðåäíåé àðèôìåòè÷åñêîé ñêîðîñòè ìîëåêóë. Ïóñòü èìååòñÿ N ìîëåêóë. Ïðîåêöèè ñêîðîñòåé ýòèõ ìîëåêóë íà îñü X ìîãóò ïðèíèìàòü âñåâîçìîæíûå çíà÷åíèÿ: υ1x, υ2x, υ3x, ..., υNx, ïðè÷åì êàæäàÿ ïðîåêöèÿ ìîæåò áûòü êàê ïîëîæèòåëüíîé, òàê è îòðèöàòåëüíîé. Ñðåäíÿÿ àðèôìåòè÷åñêàÿ ïðîåêöèè ñêîðîñòè íà äàííîå íàïðàâëåíèå X ðàâíà ñóììå ïðîåêöèé ñêîðîñòåé âñåõ ìîëåêóë, äåëåííîé íà èõ ÷èñëî:

àðèôìåòè÷åñêàÿ ïðîåêöèè ñêîðîñòè

Èç-çà õàîñà â äâèæåíèè ìîëåêóë ïîëîæèòåëüíûå çíà÷åíèÿ ïðîåêöèé ñêîðîñòåé âñòðå÷àþòñÿ ñòîëü æå ÷àñòî, êàê è îòðèöàòåëüíûå. Ïîýòîìó ñðåäíåå çíà÷åíèå ïðîåêöèè ñêîðîñòè íà äàííîå íàïðàâëåíèå X ðàâíî íóëþ: Åñëè áû ýòî áûëî íå òàê, òî ãàç äâèãàëñÿ áû êàê åäèíîå öåëîå.

Ñðåäíåå æå çíà÷åíèå ìîäóëÿ ïðîåêöèè ñêîðîñòè ÿâëÿåòñÿ âïîëíå îïðåäåëåííîé âåëè÷èíîé, îòëè÷íîé îò íóëÿ. Ïîÿñíèì ýòî òàêèì ïðèìåðîì. Ðîñò ó÷åíèêîâ â îäíîì êëàññå íåîäèíàêîâ, íî ñðåäíåå çíà÷åíèå ðîñòà — îïðåäåëåííàÿ âåëè÷èíà. ×òîáû åå íàéòè, íàäî ñëîæèòü ðîñò âñåõ ó÷åíèêîâ è ðàçäåëèòü ýòó ñóììó íà èõ êîëè÷åñòâî (ðèñ. 4.2).

Ðîñò ó÷åíèêîâ

Ñðåäíåå çíà÷åíèå êâàäðàòà ñêîðîñòè

Íàñ áóäåò èíòåðåñîâàòü ñðåäíèé êâàäðàò ïðîåêöèè ñêîðîñòè. Îí íàõîäèòñÿ òàê æå, êàê êâàäðàò ìîäóëÿ ñêîðîñòè (ñì. âûðàæåíèå (4.1.2)):

êâàäðàò ìîäóëÿ ñêîðîñòè

Ñêîðîñòè ìîëåêóë ïðèíèìàþò íåïðåðûâíûé ðÿä çíà÷åíèé. Îïðåäåëèòü òî÷íûå çíà÷åíèÿ ñêîðîñòåé è âû÷èñëèòü ñðåäíåå çíà÷åíèå (ñòàòèñòè÷åñêîå ñðåäíåå) ñ ïîìîùüþ ôîðìóëû (4.3.2) ïðàêòè÷åñêè íåâîçìîæíî. Îïðåäåëèì íåñêîëüêî èíà÷å, áîëåå ðåàëèñòè÷íî. Îáîçíà÷èì ÷åðåç n1 ÷èñëî ìîëåêóë â îáúåìå 1 ñì3, èìåþùèõ ïðîåêöèè ñêîðîñòåé, áëèçêèå ê υ1x; ÷åðåç n2 — ÷èñëî ìîëåêóë â òîì æå îáúåìå, íî ñî ñêîðîñòÿìè, áëèçêèìè ê υkx, è ò. ä.* ×èñëî ìîëåêóë ñî ñêîðîñòÿìè, áëèçêèìè ê ìàêñèìàëüíîé υkx, îáîçíà÷èì ÷åðåç nê (ñêîðîñòü υkx ìîæåò áûòü ñêîëü óãîäíî âåëèêà). Ïðè ýòîì äîëæíî âûïîëíÿòüñÿ óñëîâèå n1 + n2 + ... + ni + ... + nê = n, ãäå n — êîíöåíòðàöèÿ ìîëåêóë. Òîãäà äëÿ ñðåäíåãî çíà÷åíèÿ êâàäðàòà ïðîåêöèè ñêîðîñòè âìåñòî ôîðìóëû (4.3.2) ìîæíî íàïèñàòü ñëåäóþùóþ ýêâèâàëåíòíóþ ôîðìóëó:

    * Î òîì, êàê ýòè ÷èñëà ìîãóò áûòü îïðåäåëåíû, áóäåò ðàññêàçàíî â § 4.6.

Òàê êàê íàïðàâëåíèå X íè÷åì íå îòëè÷àåòñÿ îò íàïðàâëåíèé Y è Z (îïÿòü-òàêè èç-çà õàîñà â äâèæåíèè ìîëåêóë), ñïðàâåäëèâû ðàâåíñòâà

ñïðàâåäëèâû ðàâåíñòâà

Äëÿ êàæäîé ìîëåêóëû êâàäðàò ñêîðîñòè ðàâåí

êâàäðàò ñêîðîñòè

Çíà÷åíèå ñðåäíåãî êâàäðàòà ñêîðîñòè, îïðåäåëÿåìîå òàê æå, êàê ñðåäíèé êâàäðàò ïðîåêöèè ñêîðîñòè (ñì. ôîðìóëû (4.3.2) è (4.3.3)), ðàâíî ñóììå ñðåäíèõ êâàäðàòîâ åå ïðîåêöèé:

Çíà÷åíèå ñðåäíåãî êâàäðàòà ñêîðîñòè

Èç âûðàæåíèé (4.3.4) è (4.3.5) ñëåäóåò, ÷òî

êâàäðàò ïðîåêöèè ñêîðîñòè

ò. å. ñðåäíèé êâàäðàò ïðîåêöèè ñêîðîñòè ðàâåí ñðåäíåãî êâàäðàòà ñàìîé ñêîðîñòè. Ìíîæèòåëü ïîÿâëÿåòñÿ âñëåäñòâèå òðåõìåðíîñòè ïðîñòðàíñòâà è, çíà÷èò, ñóùåñòâîâàíèÿ òðåõ ïðîåêöèé ó ëþáîãî âåêòîðà.

Ñêîðîñòè ìîëåêóë áåñïîðÿäî÷íî ìåíÿþòñÿ, íî ñðåäíåå çíà÷åíèå ïðîåêöèé ñêîðîñòè íà ëþáîå íàïðàâëåíèå è ñðåäíèé êâàäðàò ñêîðîñòè — âïîëíå îïðåäåëåííûå âåëè÷èíû.

 

 

Ðåéòèíã@Mail.ru



Ñîäåðæàíèå

!-- Step 2 - Decide on the place where you want to place the video -->
. Âàæíî, ÷òîáû ñêðèïò áûë ïîñëå áëîêà. Íàïðèìåð, ìîæíî ðàçìåñòèòü ïåðåä òåãîì -->