Молекулярная физика в формулах

1. Базовые формулы молекулярной физики
2. Формулы, описывающие процессы в молекулярной физике

Задачей молекулярной физики является исследование физических свойств тел, основанное на длительном наблюдении состояний их кристаллических решеток. Данный раздел физики ориентируется на методологию статической механики, кинетики и термодинамики.

Областью изучения молекулярной физики являются поведение и взаимодействие мельчайших частиц физического тела – атомов, молекул, ионов.

То есть данный раздел физики исследует свойства тел, исходя из характеристик отдельных молекул. Считается, что все взаимные действия и движения происходят на микроуровне, и при этом все изменения, которые можно наблюдать невооруженным взглядом, являются последствием данных микропроцессов.

Базовые формулы молекулярной физики

Основными формулами молекулярной физики устанавливаются взаимосвязи разных характеристик системы, при этом пользуются уравнением Клапейрона, законами Бойля-Мариотта, Шарля и Гей-Люссака.
Уравнение Клапейрона имеет следующий вид:

\(pV=nRT\),

где \(p\) – давление;
      \(V\) – объем, который занимает газ;
      \(n\) – количество вещества, моль;
      \(R\) – универсальная газовая постоянная;
      \(T\) – температура.

Путем простых преобразований из данной формулы выводятся следующие законы:

• Бойля-Мариотта для изотермического процесса:

\(pV=const.\)

• Гей-Люссака для изобарического процесса:

\({V\over T}=const.\)

• Шарля для изохорического процесса:

\({p\over T}=const.\)

Формулы, описывающие процессы в молекулярной физике

Все физические величины и явления имеют свои особенные обозначения и их описывают свои формулы, отображающие взаимосвязь различных параметров. Различные явления пересекаются в своем проявлении, поэтому в разных формулах встречаются одни и те же величины, выраженные различными способами.

Например, количество вещества зависит от его массы и числа молекул в этой массе. Причиной этого является различие в количестве молекул в одной и той же массе для разных веществ. В процессах, что происходят на микроуровне, принимают участие атомы, они являются непосредственными участниками различных взаимных действий.

Количество вещества определяется по следующей формуле:

\(m={N\over N_A}\) ,

где \(m\) – масса;
     \( N\) – число молекул;
      \(N_A\) – число Авогадро.

Молекулы являются сложными системами и обладают многоступенчатой структурой. Для упрощенного понимания представим газ, находящийся в закрытом сосуде, частичками которого есть упругие однородные шарики, которые не взаимодействуют между собой. Такой газ принято считать идеальным, формула для его расчета имеет следующий вид:

\(P=nkT\),

где \(n\) – концентрация молекул;
      \(T\) – абсолютная температура.

Количество частичек (молекул) \(N\) в этой массе можно рассчитать таким образом:

\(N=mN_A\).

Один моль всегда содержит одинаковое число минимальных частиц, которое равно числу Авогадро. То есть, если мы знаем массу моля, то поделив ее на число Авогадро, мы получим массу системной единицы:

\(m={M\over N_A}\) ,

где \(M\) – молярная масса.

Необходимо помнить, что данная формула используется лишь для молекул неорганической химии. Если рассматривать молекулы органических веществ, то они намного больше в размерах и весе.

Молярная масса показывает массу одного моля вещества. Так как один моль вещества вмещает одинаковое число частичек вещества, формула для расчета молярной массы будет иметь вид:

\(M=kM_r\),

где \(k\) – коэффициент пропорциональности;
      \(M_r\) – атомная масса вещества.

Молярную массу вещества можно выразить из закона Менделеева-Клапейрона, который имеет следующий вид:

\(pV={mRT\over M}\),

отсюда молярная масса запишется как:

\(M={mRT\over pV}\).

Формулы статической физики и термодинамики 

Для статической физики, как раздела молекулярной физики, справедливы такие формулы:

\(Q=mc(t_2-t_1) \\ Q=A+(U_2-U_1)\\ H=TdS+Vdp.\\\)

\(H\) – это энтальпия.

\(V={dG\over dpS}\),

где \(G\) – энергия Гиббса или термодинамический потенциал;
       \(S\) – энтропия, которую ввел ученый Клаузиус.

С помощью формул термодинамики и молекулярной физики становится возможным рассчитывать все процессы, происходящие в твердых веществах и газах. Данные расчеты являются немаловажными при исследованиях и на практике, так как позволяют решать различные задачи.