Основные формулы молекулярной физики

Молекулярная физика - обширный раздел физики, который изучает структуру вещества на молекулярном уровне, изменение макропараметров системы под воздействием внешней среды, фазовые переходы. Свойства полимеров и плазмы также исследует молекулярная физика. Формулы и определения этого раздела, которые пригодятся при решении задач, приведены в данной статье.

Основные понятия раздела

Молекула - наименьшая единица вещества, обладающая всеми его свойствами.

Идеальный газ - газ, для которого сила межмолекулярного взаимодействия равна нулю, молекулы рассматривают как материальные точки, а удары между ними абсолютно упругие. Многие формулы молекулярной физики применяются именно по отношению к идеальному газу.

Энергия - величина, которая характеризует способность системы выполнять работу.

Работа - количество энергии, переданное системе через изменение ее параметров.

Другие понятия этого раздела: температура, внутренняя энергия, потенциальная энергия, диффузия, теплопроводность, количество вещества, теплоемкость, испарение, конденсация, кристаллизация, насыщенный пар.

Основные формулы

Формулы молекулярной физики устанавливают связь между различными параметрами системы. К основным формулам этого раздела относится уравнение Клапейрона, описывающее состояние идеального газа, законы Бойля, Шарля и Гей-Люссака.

Уравнение Клапейрона записывается так:

pV=nRT

Здесь р - давление, n - количество вещества в молях, R - универсальная газовая постоянная, T - температура в кельвинах, V - объем, занимаемый газом.

Из этой формулы молекулярной физики с помощью простых преобразований получаются и другие законы состояния:

pV=const (формулировка закона Бойля-Мариотта, который применяется в отношении изотермического процесса);

V/T=const (первый закон Гей-Люссака, который применяется в отношении изобарического процесса);

p/T=const (закон Шарля, применяется в отношении изохорического процесса).

Другие важные формулы молекулярной физики:

n=m/M=N/Na (формула для нахождения количества вещества).

p=nkT.

В последней формуле n - концентрация, k - константа, постоянная Больцмана.

E=(3NkT)/2 (формула для нахождения тепловой энергии).

p=p₁+p₂+...+p_i (формула для определения давления смеси газов, известная как закон Дальтона).

Формулы термодинамики и статистической физики

Статистическая физика также является разделом молекулярной физики. Некоторые формулы молекулярной физики, используемые в статистической физике и термодинамике, приведены выше.

Q=mc(t₂-t₁)

Q=A+(U2-U₁) (U_i - внутренняя энергия)

dH=TdS+Vdp

Здесь H - энтальпия.

G - энергия Гиббса, или термодинамический потенциал.

V=dG/dp

S=-dG/dT (S - энтропия, величина, введенная Клаузиусом, мера вероятности).