В основе молекулярно-кинетической теории лежат три основных положения

Вот три основных положения (постулата) молекулярно-кинетической теории газов, которые лежат в основе объяснения поведения газов в средней школе. Пояснения и связь с формулами даны пошагово, чтобы было понятно, как из постулатов выходят газовые законы. 1) В газе молекулы существуют в большом количестве и движутся беспорядочно и быстро - Что это значит: расстояния между молекулами существенно больше их размеров; сами молекулы занимают очень маленькую долю объема по сравнению с общим объемом газа; молекулы постоянно движутся в случайном направлении и сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда. - Зачем важно: именно беспорядочное быстрое движение молекул обеспечивает столкновения с стенками сосуда, из-за которых в газе возникает давление; размер молекул мал по сравнению с объемом, поэтому можно считать объем газа пустым. 2) Все столкновения между молекулами и со стенками являются упругими - Что это значит: при столкновении молекулы меняют направление и скорость, но суммарная кинетическая энергия системы не теряется в процессе столкновения. - Следствие: энергия движущихся молекул распределяется между ними, и средняя кинетическая энергия одной молекулы зависит от температуры. - Прямой вывод: чем выше температура, тем выше средняя скорость молекул. 3) Сила взаимодействия между молекулами за пределами столкновений пренебрежимо мала; объём самих молекул пренебрежимо мал по отношению к объему сосуда - Что это значит: за пределами столкновений молекулы почти не притягиваются и не отталкиваются друг от друга; влияние их размеров на общий объем невелик. - Следствие: давление в газе объясняется только столкновениями молекул со стенками сосуда; эти столкновения создают давление, пропорциональное числу столкновений в единицу времени. Краткая связь с формулами и законами - Средняя кинетическая энергия одной молекулы пропорциональна абсолютной температуре: (1/2) m v^2 средн. = (3/2) k_B T, где m — масса молекулы, v — средняя скорость, k_B — постоянная Больцмана. - Давление связано со столкновениями молекул со стенками. Совокупность всех столкновений приводит к равновесному давлению P. - Из этих постулатов получают классические результаты: - Для идеального газа PV = nRT (или PV = Nk_B T в молекулярной формулировке). - Эквивалентно: PV = (2/3) N (1/2 m v^2 средн.), и подставив (1/2 m v^2 средн.) = (3/2) k_B T получаем PV = N k_B T. - Для количества вещества n: PV = nR T, где R = N_A k_B. Пояснение на примере - Увеличиваем температуру T: средняя кинетическая энергия молекул растет, скорость молекул растет, чаще и сильнее они сталкиваются со стенками, давление растет. - Уменьшаем объем V при той же T и n: молекулы имеют меньше пространства для движения, чаще сталкиваются со стенками, давление растет еще сильнее (герц закона Бойля-Мариотта). Замечание - Эти три постулата относятся к идеальному газу. В реальных газах при очень больших давлениях или очень низких температурах межмолекулярные силы и размер молекул начинают влиять, поэтому реальные поведения отходят от идеального закона PV = nRT. Если хотите, могу подробно привести вывод PV = nRT прямо из постулатов и показать, как это связывается с величинами N, n, R и T, а также привести небольшой пример расчета.