МОЛЕКУЛЯ́РНО-КИНЕТИ́ЧЕСКАЯ ТЕО́РИЯ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
МОЛЕКУЛЯ́РНО-КИНЕТИ́ЧЕСКАЯ ТЕО́РИЯ (МКТ), теория строения вещества, базирующаяся на следующих положениях: вещество состоит из частиц ничтожно малых размеров, эти частицы находятся в непрерывном хаотическом (тепловом) движении и взаимодействуют друг с другом путём столкновений.
История становления и развития МКТ начиналась с интуитивных догадок мыслителей античности (Демокрит, Эпикур) об атомной природе веществ. Более обоснованные, но всё ещё гипотетические атомистические представления развивались в 17–18 вв. (Р. Декарт, И. Ньютон, М. В. Ломоносов и др.). Веские доказательства атомно-молекулярного строения веществ получены в 1-й пол. 19 в. (Дж. Дальтон, Ж. Л. Гей-Люссак, А. Авогадро) в результате открытия эмпирич. газовых законов. В сер. 19 в. сделаны открытия, заложившие основы МКТ: открытие принципа эквивалентности теплоты и работы (Дж. Джоуль), введение понятия абсолютной темп-ры и её связи с тепловой энергией (У. Томсон и Р. Клаузиус), установление распределения скоростей теплового движения молекул (Дж. К. Максвелл). Окончательно МКТ утвердилась после того, как несколькими независимыми способами было установлено значение Авогадро числа, что позволило определить массу и оценить эффективные размеры атомов и молекул (кон. 19 – нач. 20 вв.).
К осн. понятиям МКТ относятся: ср. длина $l$ свободного пробега молекул, ср. скорость $v$ теплового движения молекул и число столкновений $ν$ в единицу времени. Длина свободного пробега определяется числом $n$ молекул в единице объёма и эффективным сечением $σ$ столкновений: $l= (nσ )^{–1}$. Число столкновений в единицу времени $ν=v/l$. МКТ, построенную на этих (весьма ограниченных) понятиях, принято называть элементарной МКТ. Для разреженных газов МКТ успешно объясняет все известные эмпирич. законы (Бойля – Мариотта закон, Гей-Люссака законы, Авогадро закон), качественно и приближённо количественно описывает термодинамич. и кинетич. свойства разреженных газов (уравнение состояния, число столкновений молекул со стенкой сосуда, вязкость, теплопроводность и диффузию). МКТ позволяет связать макроскопич. и микроскопич. параметры идеального газа: давление $p=(2/3)nE_\text{к}$ ($E_\text{к}$ – ср. кинетич. энергия молекул), коэф. динамич. вязкости $η=(1/3)vlρ$ ($ρ$ – плотность газа), коэф. теплопроводности $χ=ηc_v$ ($c_v$ – теплоёмкость газа при постоянном объёме), коэф. диффузии $D=(1/3)vl$.
В 20 в. МКТ получила дальнейшее развитие на основе квантовой механики и статистич. физики и ныне составляет теоретич. часть физич. и химич. кинетики. Элементарная МКТ при этом не утратила своего значения для формирования первичных представлений о природе вещества и оценок по порядку величины скорости релаксационных процессов в газах.