熱學:分子動理論

一、內容

物體是由大量分子組成的；分子永不停息地做無規則運動；分子間存在著相互作用力。

二、物質是由大量分子組成的

分子是具有保持物質化學性質的最小粒子。分子運動論中的「分子」是指構成物質的單元，可以是原子、離子，也可以是分子。在熱運動中它們遵從相同的規律，所以統稱為分子。

1.分子模型

主要有兩種模型，固體與液體分子通常用球模型，氣體分子通常用立方體模型。

2.分子的大小、質量和數量

模型是研究物理的最好方法

設微觀量分子體積為V0、分子直徑為d、相對分子質量為m0；宏觀量物質體積為V、摩爾體積為Vm、物質質量為M、摩爾質量為μ、物質密度為ρ。

①.相對分子質量：m0＝μ/NA＝ρVm/NA，一般分子質量的數量級是10－26kg；

②.分子體積：V0＝Vm/NA＝μ/ρNA(對氣體，V0應為氣體分子佔據的空間大小)；

③.分子直徑：

球體模型：V0＝4/3π(d/2)，d＝[√(6V0/π)](固體、液體一般用此模型)。

立方體模型：d＝(√V0)(氣體一般用此模型，對氣體，d理解為相鄰分子間的平均距離)。

一般分子直徑的數量級是10－10m。

④.分子的數量：n＝V/Vm·NA＝M/ρVm·NA或n＝M/μ·NA＝ρV/μ·NA。

NA為阿伏伽德羅常數，指1mol任何物質所含有的粒子數，NA＝6.02×10mol－1。1mol任何氣體在標準狀況下的體積都是22.4L。阿伏伽德羅常數是聯繫微觀世界和宏觀世界的橋梁。

三、分子的熱運動

美味的菜湯充分證明了分子的熱運動

物體裡的分子永不停息地做無規則運動，這種運動叫作熱運動。擴散現象和布朗運動都可以很好地證明分子的熱運動。

1.擴散現象

擴散現象是相互接觸的不同物質彼此進入對方的現象。溫度越高，擴散越快；可在固體、液體、氣體中進行。

氣體的擴散實驗圖

2.布朗運動

布朗運動是指懸浮在液體中的固體微粒的無規則運動。

①.對象：布朗運動的研究對象是小顆粒，而不是分子，是屬於宏觀顆粒的運動。「灰塵飛揚」「米粒翻滾」都屬於物質的運動，不是分子運動，因為分子的運動，我們肉眼是看不見的。

②.特點：永不停息、運動無規則，其激烈程度與顆粒大小和環境溫度有關。顆粒越小、溫度越高，布朗運動越顯著。

③.實質：布朗運動不是分子的運動，而是懸浮在液體(或氣體)中顆粒的運動，是宏觀現象。但布朗運動間接傳遞了液體(或氣體)分子無規則運動的信息。

單個分子的熱運動是沒有規律的

④.產生原因：當顆粒足夠小時，各個方向的液體分子對顆粒撞擊的不平衡所引起的；導致布朗運動的本質原因是液體分子的熱運動。

⑤.影響激烈程度的有關因素：微粒的質量、微粒的體積和液體的溫度；而影響分子熱運動劇烈程度的因素是溫度。

實驗中描繪出的是某固體微粒每隔30秒的位置的連線，不是該微粒的運動軌跡。

四、分子間的相互作用力

分子之間既有吸引力也有排斥力

1.特點

①.分子間同時存在引力和斥力；

②.引力和斥力都隨著距離的增大而減小；

③.斥力比引力變化得快；

④.實際表現出來的分子力是分子引力和斥力的合力。

2.隨分子間距變化的規律

①.r<r0時表現為斥力；

②.r＝r0時分子力為零；

③.r>r0時表現為引力；

④.r>10r0以後，分子間的相互作用力可以忽略不計。

3.從本質上來說，分子力是電場力的表現。因為分子是由原子組成的，原子內有帶正電的原子核和帶負電的電子，分子間的作用力就是由這些帶電粒子間的相互作用引起的。