Досаева Б. Т., Койшыбаев Н., Жаугашева С. А
Молекулалардың кинетикалық және потенциялық энергиясы
жүктеу/скачать 4.06 Mb.
|
| 2.1.1 Молекулалардың кинетикалық және потенциялық энергиясы.
Егер молекуланың массасын m, ал оның ілгерілемелі қозғалысының жылдамдығын v деп белгілейтін болсақ, онда молекуланың ілгерілемелі қозғалысының кинетикалық энергиясы болады. Mолекулалардың жылдамдықтарының түрліше болатындығы анық, дәл осылай олардың Eілг энергиясы да түрліше болады, сондықтан дененің күйін сипаттау үшін ілгерілемелі қозғалыстың орташа энергиясын пайдаланады: , мұндағы N – денедегі молекулалардың жалпы саны. Егер молекулалар бірдей болатын болса, онда , (2.3) мұндағы v20.k – молекулалардың хаостық қозғалысының орташа квадраттық жылдамдығын білдіреді: . (2.4) Молекулалар арасында өзара әрекеттесу күштері әсер етеді, сондықтан дененің молекулаларының кинетикалық энергиясымен қатар потенциялық энергиясы да болады. Басқа молекулалармен өзара әрекеттеспейтін жеке–дара алынған молекуланың потенциялық энергиясын нөлге тең деп аламыз. Сонда, екі молекула өзара әрекеттескен кезде тебілу күштері тудыратын потенциялық энергия оң болады да, ал тартылыс күштерінен туатын потенциялық энергия – теріс болады (2.1, б-сурет), себебі тебілу күштерін жеңу үшін белгілі жұмыс атқару керек, ал тартылыс күштері болса, олардың өздері жұмыс атқарады. 2.1, б-суретте екі молекуланың өзара әрекеттесу энергиясының олардың r ара қашықтығына тәуелді түрде өзгеруінің графигі көрсетілген. Потенциялық энергияның графигінің оның ең кіші мәнінің төңірегіндегі бөлігі потенциялық шұңқыр, ал энергияның ең кіші мәнінің Пмин шамасын потенциялық шұңқырдың тереңдігі деп атайды. Кинетикалық энергия жоқ кезде (Eілг=0) молекулалар олардың орнықты тепе-теңдік күйіне сәйкес келетін r0 қашықтықта орнықты болар еді, бұл жағдайда молекулалық күштердің тең әсерлісі нөлге тең болады (2.1, а-сурет), ал потенциялық энергия болса, оның мәні минималь болады. Mолекулаларды бір-бірінен алыстату үшін, молекулалардың өзара әрекеттесу күштерін жеңу үшін шамасы Пмин болатын жұмыс атқару қажет (басқаша айтқанда, молекулалар биіктігі Пмин болатын потенциалдық бөгеттен өту керек). Шындығына келсек, молекулалардың әрқашанда кинетикалық энергиясы болады, сондықтан олардың ара қашықтығы өне бойы өзгерісте болады да, оның мәні r0 мәнінен кіші де, үлкен де бола алады. Егер В молекуланың кинетикалық энергиясы Пмин мәнінен кіші болса, мысалға 2.1,б-суреттегі Eілг1, онда молекула потенциалдық шұңқырдың ішінде қозғалатын болады. Тартылыс (немесе тебілу) күшіне қарсы жұмыс атқара отырып, В молекула А молекуладан алыстауы да (жақындауы да) мүмкін, осы кезде оның барлық кинетикалық энергиясы Eілг1 түгелінен өзара әрекеттесу потенциялық энергиясына айналады. Молекуланың осы шектік қалыптары потенциалдық қисықта потенциалдық шұңқырдың түбінен Eілг1 деңгейдегі нүктелермен анықталады (2.1,б-сурет). Осыдан кейін тартылыс (немесе тебілу) күштері В молекуланы осы шеткі қалыптардан лақтырып тастайды. Сөйтіп, өзара әрекеттесу күштері молекулаларды бір-бірінен қайсыбір r1 орташа қашықтықта ұстап тұрады. Егер В молекауланың кинетикалық энергиясы Пмин мәнінен артық болатын болса, (2.1, б-суреттегі Eілг3), ондa ол потенциалдық кедергіні асып өтіп, молекулалардың ара қашықтығы шексіз арта алады. Молекула потенциалдық шұңқырдың аумағында қозғалатын кезде, оның кинетикалық энергиясы неғұрлым үлкен болса (2.1, б-суреттегі Eілг1, Eілг2), яғни дененің температурасы жоғары болса, онда молекулалар арасындағы орташа (r1, r2) қашықтық солғұрлым үлкен болады. Қыздырған кезде қатты денелердің және сұйықтардың ұлғайуы міне осымен түсінідіріледі. Молекулалардың орташа ара қашықтығының артуы потенциялық энергияның графигінің Пмин мәнінен сол жақта оның оң жағына қарағанда күрт тік көтерілетіндігімен түсіндіріледі. Графиктің мұндай асимметриясы r артқан кезде тебілу күштерінің тартылыс күштеріне қарағанда көп тезірек түсетіндігінен шығады. (2.1, а-сурет). жүктеу/скачать 4.06 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|