Guide méthodologique de la physique moléculaire et des phénomènes thermiques. Pourquoi les phénomènes thermiques sont-ils étudiés en physique moléculaire ?

Conçu pour mener des expériences pour étudier les phénomènes thermiques, les lois de la théorie cinétique moléculaire et les principes thermodynamiques à l'aide de capteurs de température numériques.

Le kit permet de réaliser 13 expériences de démonstration, dont :
3. Chaleur de combustion du carburant
5. Convection dans le gaz
6. Échange thermique entre couches de liquide
7. Transfert de chaleur par rayonnement
9. Travail de la force de friction
10. Changement d'énergie interne lors de la déformation du corps

Composé:

1. Capteurs de température numériques -20..+100 C – 2 pcs.
2. Capteur de température numérique 0...1000 C (dispose de 3 plages de mesure)
3. Verre résistant à la chaleur
4. Tubes à essai avec bouchons
5. et autres équipements pour mener des expériences de physique
6. Bac de rangement en plastique avec couvercle transparent
7. Disque avec un logiciel pour mener des expériences

Les capteurs numériques inclus dans le kit sont compatibles avec le compteur de démonstration universel.

Pour travailler, il vous faut :

* Attention! L'image du produit peut différer du produit que vous avez reçu. Le fabricant se réserve le droit de modifier la configuration et les caractéristiques techniques des aides pédagogiques sans préavis, sans détériorer les indicateurs fonctionnels et de qualité des aides visuelles.
Les informations sur le produit sont fournies à titre indicatif uniquement et ne constituent pas une offre publique telle que définie par l'article 437 du Code civil de la Fédération de Russie.

Objectifs:

formuler les principales dispositions des TIC ; donner une idée de la taille des molécules ; systématiser et approfondir les connaissances des étudiants sur les grandeurs caractérisant les molécules ; révéler la signification scientifique et idéologique du mouvement brownien ; établir la nature de la dépendance des forces d'attraction et de répulsion sur la distance entre les molécules, considérer les caractéristiques structurelles et les propriétés des corps gazeux, solides et liquides du point de vue du MCT ; démonstration de modèles physiques, permettant d'identifier les principaux modèles et de maîtriser les concepts de base du MCT, à l'aide desquels on se familiarise avec du nouveau matériel basé sur des connaissances précédemment acquises ;
développer la capacité de mettre en évidence l'essentiel, de généraliser et de systématiser, de définir et d'expliquer des concepts :
cultiver la diligence, l'exactitude et la clarté dans les réponses ;

Équipement et visibilité :

ordinateur
tableau blanc interactif SmartBoard
présentation de la leçon dans MS PowerPoint

Pendant les cours

JE.Organisation du temps

saluer les étudiants
marquez ceux qui sont absents;
fixer des buts et des objectifs de cours

II. Apprendre du nouveau matériel

Introduction au MCT – mené sous forme de conversation (diapositive 2-5, bouton « Pourquoi les phénomènes thermiques sont-ils étudiés en physique moléculaire ? » ), des modèles physiques de mouvement thermique des gaz, des liquides et des solides sont présentés (diapositive 4).

Dispositions de base des TIC (diapositive 6, bouton « Principes de base de la théorie de la cinétique moléculaire. Dimensions des molécules »)

Estimation de la taille moléculaire basé sur un modèle physique (diapositive 7, transition de la diapositive 6) et nombre de molécules (diapositive 7) – sous la forme d’une conversation et d’une enquête.

Masse de molécules ou quantité de substance (diapositive 8-10, bouton « Masse de molécules. Quantité de substance »), l'enseignant explique un nouveau sujet, les élèves écrivent et dérivent des formules à l'aide du tableau blanc interactif.

mouvement brownien (diapositive 11, bouton « Mouvement brownien ») le fragment vidéo « Mouvement brownien » et le modèle du « Mouvement brownien » sont examinés, les élèves tentent de comprendre et d'expliquer la cause du mouvement brownien.

Forces d'interaction moléculaire (diapositive 12-13, bouton « Forces d'interaction des molécules ») la nature de la dépendance des forces d'attraction et de répulsion à la distance entre les molécules est établie.

Structure des corps gazeux, liquides et solides (diapositive 14, bouton « Structure des corps gazeux, liquides et solides ») examinez les caractéristiques structurelles et les propriétés des corps gazeux, solides et liquides sur la base de modèles physiques et expliquez-les du point de vue du MCT.

III. Consolidation

Les tâches ont été réalisées dans le programme Notebook pour les tableaux blancs interactifs SmartBoard.

I. Formateur – les réponses correctes sont insérées à la place des mots manquants par glisser-déposer.

Les bonnes réponses sont soulignées.

1. Remplissez les mots manquants

Toutes les substances sont constituées de……………...,……………… Et………………… .

Options de réponse

atomes protons de noyaux électrons ions molécules

2. Remplissez les mots manquants

Toutes les molécules sont dans ……………, ……………….mouvement.

Options de réponse

ordonné continu ralenti uniforme chaotique

3. Remplissez les mots manquants

Agir entre les molécules force………………. Et …………… .

Options de réponse

répulsion la gravité attiranceélasticité

4. Placez les bonnes unités de mesure (système SI)

5. Il est nécessaire de déterminer le nombre de molécules dans un lingot d’or de 1 décimètre. Sélectionnez un ensemble suffisant de grandeurs physiques nécessaires pour résoudre ce problème.

6. Le nombre de molécules d'une substance donnée est déterminé comme suit :

7. La quantité de substance est déterminée comme suit :

8. Dessinez la disposition approximative des molécules gazeuses, liquides et solides. (l'exactitude est vérifiée à l'aide du modèle imbriqué)

9. Dessinez des trajectoires approximatives de mouvement des molécules gazeuses, liquides et solides.

IV. Résumé de la leçon

Classement.
Signalez les erreurs courantes
Marquez les meilleurs.

V. Devoirs

§ 58 – 62
Exercice 11 n°1-8 pair – 1ère option, impair – 2ème option p.172
Préparez des rapports sur les scientifiques mentionnés lors de l'étude de ce sujet.

Candidatures et présentation.(Pour que les modèles animés fonctionnent correctement, l'installation des programmes Stratum2000 et Flash-player, situés dans le dossier du programme, est requise.)

« Physique - 10e année"

Donnons une idée générale du sens et de la signification de ce que vous allez maintenant commencer à étudier.

Corps macroscopiques.

Nous vivons dans un monde de corps macroscopiques. Notre corps est aussi un corps macroscopique.

En physique, les corps macroscopiques sont de grands corps constitués d'un grand nombre de molécules. Du gaz dans une bouteille, de l'eau dans un verre, un grain de sable, une pierre, une tige d'acier, un globe - autant d'exemples de corps macroscopiques (Fig. 7.7).

Mécanique et mouvement mécanique.

La mécanique newtonienne traite du mouvement mécanique des corps macroscopiques – le mouvement de certains corps par rapport à d’autres dans l’espace au fil du temps.

La mécanique étudie le mouvement des corps, mais elle n'est pas capable d'expliquer pourquoi les corps solides, liquides et gazeux existent et pourquoi ces corps peuvent passer d'un état à un autre. L’étude des propriétés internes des corps n’est pas la tâche de la mécanique.

En mécanique, on parle de forces comme des causes des changements de vitesse des corps, mais la nature de ces forces et leur origine ne sont pas clarifiées. On ne sait toujours pas pourquoi des forces élastiques apparaissent lorsque les corps sont comprimés, ni pourquoi des frictions se produisent. La mécanique newtonienne ne répond pas à beaucoup de questions.

Newton lui-même a bien compris tout cela. Il possède ces mots significatifs : « Je ne sais pas ce que je pense au monde ; Il me semble que je n'étais qu'un garçon jouant au bord de la mer et m'amusant à trouver de temps en temps des cailloux plus lisses ou une coquille plus belle que d'habitude, tandis que le Grand Océan de Vérité s'étendait devant moi sans aucune solution.

Phénomènes thermiques.

Après un mouvement mécanique, les phénomènes les plus notables sont associés à l'échauffement ou au refroidissement des corps, à une modification de leur température. Ces phénomènes sont appelés thermique.

Le mouvement mécanique n’entraîne aucun changement significatif dans le corps, sauf en cas de collision catastrophique. Mais chauffer ou refroidir le corps peut le modifier au point de le rendre méconnaissable. En chauffant intensément une eau claire mais toujours visible, nous la transformons en vapeur invisible. Un refroidissement extrême transformera l’eau en un bloc de glace. Si l’on y réfléchit, ces phénomènes sont mystérieux et méritent d’être étonnés. Nous ne sommes pas surpris car nous y sommes habitués depuis l'enfance.

Il faut trouver des lois qui pourraient expliquer les changements dans les corps lorsque les corps eux-mêmes sont immobiles et lorsque, du point de vue de la mécanique, rien ne leur arrive. Ces lois décrivent un type particulier de mouvement de la matière : mouvement thermique, inhérent à tous les corps macroscopiques, qu'ils se déplacent ou non dans l'espace.

Mouvement thermique des molécules.

Tous les corps sont constitués d'atomes et de molécules.
Des phénomènes thermiques se produisentà l’intérieur des corps et sont entièrement déterminés par le mouvement de ces particules. Le mouvement des atomes et des molécules ne ressemble guère au mouvement d’un chien ou d’une voiture. Les atomes et les molécules de matière subissent un mouvement aléatoire, dans lequel il est difficile de discerner des traces d'un ordre ou d'une régularité quelconque. Le mouvement aléatoire des molécules est appelé mouvement thermique.

Le mouvement des molécules est aléatoire car leur nombre dans les corps qui nous entourent est extrêmement important. Chaque molécule change constamment de vitesse lorsqu'elle entre en collision avec d'autres molécules. De ce fait, sa trajectoire s'avère extrêmement confuse, son mouvement est chaotique, incomparablement plus chaotique que le mouvement des fourmis dans une fourmilière en ruine.

Le mouvement aléatoire d'un grand nombre de molécules est qualitativement différent du mouvement mécanique ordonné des corps. Il représente un type particulier de mouvement de matière avec ses propres propriétés particulières. Ces propriétés seront discutées plus loin.

L'importance des phénomènes thermiques.

L'aspect habituel de notre planète existe et ne peut exister que dans une plage de température assez étroite. Si la température dépassait 100°C, alors sur Terre, à pression atmosphérique normale, il n'y aurait ni rivières, ni mers, ni océans, il n'y aurait pas d'eau du tout. Toute l'eau se transformerait en vapeur. Et si la température baissait de plusieurs dizaines de degrés, les océans se transformeraient en immenses glaciers.

Même un changement de température de seulement 20 à 30°C avec le changement des saisons modifie toute l'apparence de la planète aux latitudes moyennes.

Avec l’arrivée du printemps, le réveil de la nature commence. Les forêts se couvrent de feuilles, les prairies commencent à verdir. En hiver, la vie végétale gèle. Une épaisse couche de neige recouvre la surface de la Terre.

Des plages de température encore plus étroites sont nécessaires pour maintenir la vie des animaux à sang chaud. La température des animaux et des humains est maintenue par des mécanismes internes de thermorégulation à un niveau strictement défini. Il suffit que la température monte de quelques dixièmes de degré, et on se sent déjà en mauvaise santé. Un changement de température de plusieurs degrés entraîne la mort des organismes. Il n’est donc pas surprenant que les phénomènes thermiques aient attiré l’attention des hommes depuis l’Antiquité. La capacité d'allumer et d'entretenir un feu a rendu l'homme relativement indépendant des fluctuations de la température ambiante. Ce fut l’une des plus grandes inventions de l’humanité.

Les changements de température affectent toutes les propriétés des corps. Ainsi, lorsqu’ils sont chauffés ou refroidis, la taille des solides et les volumes des liquides changent. Les propriétés mécaniques des corps, comme l’élasticité, changent considérablement. Un morceau de tube en caoutchouc survivra si vous le frappez avec un marteau. Mais lorsqu'il est refroidi à une température inférieure à - 100°C, le caoutchouc devient cassant, comme le verre, et un léger coup brise le tube en caoutchouc en petits morceaux. Ce n'est qu'après chauffage que le caoutchouc retrouve ses propriétés élastiques.

En plus des propriétés mécaniques, lorsque la température change, d'autres propriétés des corps changent également, par exemple la résistance au courant électrique, les propriétés magnétiques, etc. Ainsi, si vous chauffez trop un aimant permanent, il cessera d'attirer les objets en fer.

Tout ce qui précède et bien d’autres phénomènes thermiques sont soumis à certaines lois. La découverte des lois des phénomènes thermiques permet d'appliquer ces phénomènes dans la pratique et la technologie avec un maximum d'avantages. Les moteurs thermiques modernes, les usines de liquéfaction de gaz, les appareils de réfrigération et de nombreux autres appareils sont conçus sur la base de ces lois.

Théorie de la cinétique moléculaire.

Même les philosophes anciens devinaient que la chaleur était une sorte de mouvement interne. Mais seulement au XVIIIe siècle. une cohérence théorie de la cinétique moléculaire.

M. V. Lomonossov a apporté une contribution majeure au développement de la théorie de la cinétique moléculaire. Il considérait la chaleur comme le mouvement de rotation des particules corporelles.

L'objectif de la théorie de la cinétique moléculaire est d'expliquer les propriétés des corps macroscopiques et les processus thermiques qui s'y produisent, sur la base de l'idée que tous les corps sont constitués de particules individuelles se déplaçant de manière aléatoire.

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Transcription

1 Établissement d'enseignement public Lycée 1547 Université nationale de recherche nucléaire "MEPhI" Laboratoire de physique description des travaux de laboratoire pour les 8e, 9e, 10e et 11e années du Lycée. Section Physique Moléculaire. Phénomènes thermiques. Moscou 2010 Edité par G.S. Bogdanov

2 Sommaire 3 OBSERVATION DE LA SOLIDIFICATION D'UNE SUBSTANCE AMORPHE. MESURE DE LA TEMPÉRATURE DE CRISTALLISATION D'UNE SUBSTANCE. 4 RECHERCHE DES PROPRIÉTÉS DU LIQUIDE SURFROIDI 5 RECHERCHE D'UN PROCÉDÉ ISOCHORIQUE 7 RECHERCHE D'UN PROCÉDÉ ISOTHERME. 9 ÉTUDIER UN PROCÉDÉ ISOBAR 10 2

3 1. OBSERVATION DE LA SOLIDIFICATION D'UNE SUBSTANCE AMORPHE. Équipement : un tube à essai avec une substance jaune, un thermomètre de laboratoire, un support de laboratoire avec un raccord et un pied, un récipient avec de l'eau chaude (un par classe), une montre-bracelet. Contenu et méthode d'exécution du travail. Les substances amorphes n'ont pas de point de fusion spécifique. En chauffant, ils ramollissent progressivement et se transforment en un liquide de moins en moins visqueux. Au fur et à mesure que ce liquide refroidit, sa viscosité augmente continuellement jusqu'à ce qu'il se solidifie en un solide amorphe. Cela s'explique par les caractéristiques structurelles de ces substances. Dans les substances amorphes, les molécules sont situées aussi aléatoirement que dans les liquides, et donc leur transition vers l'état liquide et retour ne s'accompagne pas d'un changement dans la structure moléculaire de la substance, mais consiste uniquement en un changement continu de la mobilité des molécules. . Ainsi, l’état solide amorphe et l’état liquide ne représentent pas deux états différents de la matière. Un corps constitué d'une substance amorphe peut formellement correspondre aux caractéristiques caractéristiques des solides - conserver sa forme et son volume, mais en même temps être un liquide dans lequel la mobilité des molécules a considérablement diminué en raison du refroidissement. Le fait que les substances amorphes, contrairement aux substances cristallines, n'ont pas de température de fusion et de cristallisation spécifique, peut être constaté en comparant les graphiques des changements de température dans le temps, les demi-coquilles lors de l'observation du refroidissement des substances cristallines et amorphes. En présence d'un enseignant, un tube à essai contenant une substance jaune amorphe est immergé à moitié dans un récipient contenant de l'eau chaude à une température de C. Une fois la substance suffisamment réchauffée, assurez-vous qu'il y a du liquide dans le tube à essai. Un thermomètre y est immergé et ses lectures sont enregistrées à intervalles d'une minute. Lorsque la température descend à 40 C, examinez la substance dans le tube à essai et assurez-vous qu'elle s'est solidifiée. L'expérience est arrêtée. Construisez un graphique de la température de la substance en fonction du temps et comparez-le avec le graphique construit lors du travail «Mesure de la température de cristallisation d'une substance». Ils sont convaincus qu'il n'y a pas de processus de cristallisation lors du passage d'un corps amorphe de l'état liquide à l'état solide. L'ordre des travaux. 1. Préparez un tableau pour enregistrer les résultats de mesure : Temps, min t, C 2. Déterminez la valeur de la division de l'échelle du thermomètre. 3. Placez le tube à essai contenant la substance jaune dans l'eau chaude et faites-le fondre. 4. Assurez-vous qu'il y a du liquide dans le tube à essai. Lorsque le tube à essai est incliné dans différentes directions, il est clair que la forme de la substance qu'il contient change en fonction de l'inclinaison, c'est-à-dire qu'elle n'est pas conservée, ce qui est l'une des différences entre les liquides et les solides. 5. Placez un thermomètre dans le tube à essai et fixez-le dans le pied du support. 6. Une fois les lectures du thermomètre établies, commencez à enregistrer la température à intervalles d'une minute. 7. Lorsque la température descend à 40 C, retirez le tube à essai du pied du support et, en l'inclinant dans différentes directions, assurez-vous que la substance s'est solidifiée. 8. Sur la base des données de mesure, construisez un graphique de la température de la substance dans le tube à essai en fonction du temps. Si possible, comparez-le avec le graphique construit lors de la réalisation du travail «Mesure de la température de cristallisation d'une substance». 9. À l’aide d’un graphique, prouvez qu’il y avait une substance amorphe dans le tube à essai. Questions de contrôle. 1.Quelle est la différence entre les graphiques de solidification des substances cristallines et amorphes ? 2.Quelle est la différence externe entre les solides et les liquides ? 3

4 2. MESURE DE LA TEMPÉRATURE DE CRISTALLISATION D'UNE SUBSTANCE. Équipement : éprouvette contenant une substance verte, thermomètre de laboratoire, verre d'eau chaude, montre-bracelet. Contenu et méthode d'exécution du travail. Dans une substance cristalline, les atomes et les molécules forment un emballage ordonné et subissent de petites vibrations autour de leurs positions d'équilibre. À mesure que le corps se réchauffe, la vitesse des particules oscillantes augmente ainsi que l’amplitude des oscillations. L'augmentation de la vitesse de déplacement des particules avec l'augmentation de la température est l'une des lois fondamentales de la nature, qui s'applique à la matière dans n'importe quel état - solide, liquide ou gazeux. À une certaine température, les vibrations deviennent si énergiques que la disposition ordonnée des particules devient impossible : le cristal fond. Avec le début de la fusion, la chaleur apportée n'est plus utilisée pour augmenter la vitesse des particules, mais pour détruire le réseau cristallin. La hausse de température s’arrête donc. Le chauffage ultérieur est une augmentation de la vitesse des particules liquides. Dans le cas d'une cristallisation à partir d'un bain fondu, les phénomènes décrits ci-dessus s'observent dans l'ordre inverse : à mesure que le liquide se refroidit, ses particules ralentissent leur mouvement chaotique ; Lorsque la température descend jusqu'à une certaine valeur, les particules se déplacent si lentement que certaines d'entre elles, sous l'influence de forces d'attraction, commencent à s'attacher les unes aux autres, formant ainsi des noyaux cristallins. Jusqu'à ce que toute la substance cristallise, la température restera constante. Cette température est généralement la même que le point de fusion. Une fois que toute la substance est passée à l’état solide, la température recommence à diminuer, ce qui correspond au processus de refroidissement du solide. Ainsi, la température de cristallisation d’une substance peut être déterminée en traçant un graphique de la température en fonction du temps. De ce qui précède, il s'ensuit que ce graphique aura une section caractéristique sous la forme d'un segment parallèle à l'axe du temps. La température correspondant à cette zone sera la température de cristallisation de cette substance. L'ordre des travaux. 1. Préparez un tableau pour enregistrer les résultats de mesure : Temps, min t, C 2. Abaissez le tube à essai contenant la substance à tester en présence de l'enseignant dans un récipient contenant de l'eau à température C et observez comment la substance fond. 3. Une fois que toute la substance a fondu, transférez le tube à essai dans un verre contenant environ 150 ml d'eau chaude et placez un thermomètre dans la substance fondue. 4. À partir du moment où la température de la substance commence à diminuer, enregistrez les lectures du thermomètre à intervalles de 1 minute. 5. En continuant à enregistrer les lectures du thermomètre, observez l'étape de transition de la substance à l'état solide. 6. Une fois refroidi à 45 °C, arrêtez les mesures. À l’aide des données obtenues, construisez un graphique de la température en fonction du temps. 7. À l'aide du graphique, déterminez la température de cristallisation de la substance et le temps pendant lequel la cristallisation de la substance s'est poursuivie. Questions de contrôle. 1. Comment les graphiques de température en fonction du temps diffèrent-ils lors de la solidification de substances cristallines et amorphes ? 2. Comment déterminer le point de fusion d'un corps cristallin à partir d'un graphique des changements de température d'une substance lorsqu'elle est chauffée au fil du temps ? Tâche supplémentaire. 1. Versez environ 400 ml d'eau chaude dans le récipient et plongez le tube à essai contenant la substance cristalline solidifiée dans laquelle le thermomètre a été préalablement fondu. 2. En enregistrant les lectures du thermomètre à intervalles de 1 minute, observez le changement d'état de la substance lorsqu'elle est chauffée à 70 C. 3. Sur la base des données de mesure, construisez un graphique de la température de la substance en fonction du temps et déterminez la point de fusion. 4. Comparez les valeurs obtenues des températures de fusion et de cristallisation de la substance. 4

5 3. RECHERCHE DES PROPRIÉTÉS DU LIQUIDE SURFROIDI. Équipement : éprouvette, substance rose dans un sac, thermomètre de laboratoire, récipient contenant de l'eau chaude (un par classe), bécher en verre, montre-bracelet. Contenu et méthode d'exécution du travail. Si une substance cristalline à l'état liquide est refroidie, alors au moment où sa température descend jusqu'au point de fusion, la cristallisation devrait commencer. Cependant, lorsqu’un liquide est refroidi assez rapidement, la cristallisation n’a pas toujours le temps de se produire et la substance se retrouve à une température inférieure au point de fusion, conservant ainsi son état liquide. Ce phénomène est appelé surfusion du liquide. Dans différents liquides, la surfusion est obtenue avec plus ou moins de facilité. Certains liquides peuvent être surfondus des dizaines de degrés en dessous de leur température de cristallisation, d'autres cristallisent même à la moindre surfusion. L’état d’un liquide surfondu est instable, tout comme l’état d’une vapeur sursaturée ou d’un liquide surchauffé. Certains liquides surfondus doivent simplement être secoués pour provoquer une cristallisation rapide. Un liquide surfondu peut également cristalliser lorsqu’on y ajoute un cristal de la même substance. Les substances qui peuvent facilement être conservées à l’état de surfusion comprennent l’hyposulfite, le salol et la vanilline. Si un liquide surfondu commence à cristalliser, ayant peu d'échange thermique avec les corps environnants, alors l'énergie libérée chauffe le mélange résultant de cristaux et de liquide. Avec une surfusion pas trop forte, c'est-à-dire lorsque la température du liquide au moment de la cristallisation n'était pas très inférieure au point de fusion, la chaleur dégagée peut chauffer l'ensemble du système jusqu'à la température de fusion, après quoi la vitesse de cristallisation ralentira vers le bas et dépendra de la vitesse à laquelle la chaleur dégagée sera absorbée par les corps environnants. Le but du travail est de construire un graphique de la température d'une substance en fonction du temps, d'en déterminer la température de cristallisation et de surveiller la croissance des cristaux dans un liquide surfondu. L'objet d'étude est une substance rose dans un tube à essai. En présence de l'enseignant, l'éprouvette est immergée à moitié dans de l'eau chaude à une température de C. La substance va rapidement fondre. Le tube à essai est transféré dans un bécher en verre sans eau ou serré dans le pied d'un trépied, un thermomètre de laboratoire y est inséré et ses lectures sont enregistrées à intervalles d'une minute. Afin de ne pas provoquer de cristallisation prématurée, le verre avec l'éprouvette doit être protégé des chocs. Le thermomètre doit également être stationnaire dans le liquide. Lorsque la température descend à 35 C, le thermomètre monte et descend plusieurs fois à l'intérieur du liquide. Cet effet est suffisant pour que le processus de cristallisation démarre. En continuant à mesurer la température, observez la formation de cristaux. L'expérience est terminée une fois que la substance, cristallisée, commence à se refroidir sous forme solide. L'ordre des travaux. 1. Préparez un tableau pour enregistrer les résultats de mesure : Temps, min t, C 2. Déterminez la valeur de la division de l'échelle du thermomètre. 3. Écrasez la substance dans le sac et versez-la dans le tube à essai. 4. Placez le tube à essai contenant la substance dans un récipient contenant de l'eau chaude. Lorsque la substance est complètement fondue, transférez le tube à essai dans un bécher en verre sans eau et placez-y un thermomètre. 5. Une fois les lectures du thermomètre établies, commencez à enregistrer ses lectures à intervalles d'une minute. 6. Lorsque la température descend à 35 C, remuez le liquide contenu dans le tube à essai avec un thermomètre en prenant soin de ne pas endommager son embout. 7.Lorsque les premiers cristaux se forment, faites attention à leur forme et à leur taux de croissance. 8. Tracez un graphique de la température d’une substance en fonction du temps. 9. À l'aide du graphique, déterminez : a) la température de cristallisation de la substance, b) la durée pendant laquelle la substance reste à l'état de liquide surfondu, 5

6 c) la durée de cristallisation de la substance. 10. Une fois le travail terminé, faites fondre à nouveau la substance, laissez-la refroidir et versez-la dans un sac. Attention! Une substance laissée dans un tube à essai peut provoquer sa fissuration si elle est stockée pendant une longue période. Questions de contrôle. 1. Quel état de la matière est appelé un liquide surfondu ? 2. Comment une substance peut-elle être retirée de l'état de liquide surfondu ? 6

7 4. RECHERCHE D'UN PROCÉDÉ ISOCHORE Matériel : tube transparent avec robinets, tube manométrique, ruban à mesurer, trépied avec pied, verre extérieur du calorimètre, thermomètre de laboratoire, éprouvette graduée, récipient avec de l'eau tiède. Contenu et méthode de réalisation des travaux Le but du travail est d'étudier la dépendance de la pression du gaz sur la température lors de son refroidissement isochore. Il découle de la loi de Charles que si le volume d'une certaine quantité de gaz ne change pas, alors le changement de sa pression et de sa température satisfait la condition : P 1 / T 2 = P 2 / T 2 (1), où P 1 et P 2 sont la pression du gaz dans les états initial et final, a T 1 et T 2 sont les températures dans ces états. Au début de l'expérience, la pression et la température du gaz à l'état chauffé sont déterminées. Ensuite, il est refroidi à volume constant et la pression et la température sont à nouveau déterminées. Ensuite, ils vérifient dans quelle mesure la modification de ces paramètres correspond à l'égalité (1). Le gaz testé est de l’air contenu dans un tube transparent. Pour le chauffer, le tube est placé étroitement serpent à serpent dans le verre du calorimètre. Avant cela, l'un des robinets est fermé. La pose commence à partir de l'extrémité sur laquelle se trouve le robinet fermé, et s'effectue de manière à ce que l'extrémité avec le robinet ouvert soit au dessus. Ensuite, de l'eau tiède est versée dans le verre. Le niveau d'eau ne doit pas être supérieur de 5 à 10 mm au-dessus du robinet ouvert. Lorsqu'il est chauffé, l'air dans le tuyau se dilate et des bulles commencent à sortir du robinet. Lorsque les températures de l’air et de l’eau sont égales, l’expansion s’arrêtera et les bulles cesseront de se former. Une fois la dernière bulle séparée, le robinet est fermé. L'état de l'air dans le tuyau à ce moment est pris comme état initial et nous commençons à déterminer ses paramètres - température et pression. La température est déterminée par un thermomètre basé sur la température de l'eau et la pression est déterminée par la lecture d'un baromètre de classe - un anéroïde. Cette méthode de mesure de la pression est possible pour les raisons suivantes. Des bulles se forment jusqu'à ce que la pression de l'air dans le tube devienne égale à la somme de la pression de l'atmosphère et de la colonne d'eau au-dessus du robinet. Mais comme le niveau d'eau au dessus du robinet, selon les conditions de l'expérience, n'est que de quelques millimètres, la pression de la colonne d'eau peut être négligée par rapport à la pression de l'atmosphère. Sur cette base, nous pouvons supposer qu'à l'état initial, la pression de l'air dans le tube est égale à la pression atmosphérique. Après avoir mesuré les paramètres initiaux de l'air, celui-ci est transféré dans un autre état par refroidissement à température ambiante. Le tube est retiré du calorimètre et accroché sous la forme d'une bobine au pied du trépied. Le pied du trépied est préfixé à la tige à une hauteur d'environ 35 cm de la surface de la table. Placez une éprouvette graduée sous le pied, dans laquelle on verse ml d'eau. Le thermomètre est également retiré du calorimètre. Ensuite, l'un des robinets est connecté à un tube de pression. Cela se fait dans l'ordre suivant. L'extrémité libre du tube est immergée jusqu'au fond dans une éprouvette graduée. La partie supérieure du tube est légèrement serrée dans le pied du trépied, mais de manière à ce que le canal interne ne soit pas complètement obstrué. Vérifiez à nouveau que l'extrémité inférieure du tube est immergée dans l'eau. Ce n'est qu'après ces opérations que le tube est relié au robinet à l'aide d'un tuyau de raccordement. Lorsqu’il est exposé à l’air plus frais de la salle de classe, l’air contenu dans le grand tube se refroidit, sa pression chute, mais son volume reste constant. Si vous ouvrez le robinet, une différence de pression apparaîtra aux extrémités du tube manométrique et l'eau du récipient commencera à être aspirée dans le tube jusqu'à ce que la pression de la colonne d'eau à l'intérieur et la pression de l'air dans le grand tube équilibrent la pression. pression atmosphérique. c'est-à-dire jusqu'à ce que nous soyons confus par l'égalité : P at = P 2 + P in, où P B est la pression dans le tube et P B est la pression de la colonne d'eau dans le tube manométrique. D'où P 2 = P à - P in. En fonction de la hauteur de la colonne d'eau, sa pression est déterminée et, connaissant la pression atmosphérique, est calculée la pression dans le grand tube après refroidissement P 2. La température dans le tube à ce moment est égale à la température de l'air dans la salle de classe et est déterminé par un thermomètre. Après avoir obtenu les valeurs de P 1, P 2, T 1 et T 2, trouvez le rapport entre la pression de l'air et sa température à l'état chauffé et refroidi et vérifiez dans quelle mesure l'égalité (1) est satisfaite dans les conditions de l'expérience . 7

8 Bon de travail 1. Préparez un tableau pour enregistrer les résultats des mesures et des calculs : t 1, С Т 1, К Р 2, Pa t 2, С Т 2, К h, mm Р В, Pa Р 2, Pa Р 1 / T 1 P 2 /T 2 2. À l'aide de la lecture du thermomètre, déterminez la température de l'air en classe t 2. 3. Placez le tube dans le verre extérieur du calorimètre. 4. Remplissez le verre d'eau tiède de manière à ce que le robinet ouvert ne soit pas immergé de plus de 5 à 10 mm. 5. Par la libération de bulles, déterminez le moment où les températures de l'eau et de l'air dans le tube s'égalisent. 6. A l'aide de la température de l'eau, déterminez la température dans le tube t 1. 7. A l'aide d'un baromètre - anéroïde, déterminez la pression de l'air dans le tube P 1 = P at. 8.Fermez le robinet, retirez le tube du verre et placez-le sur le trépied comme décrit ci-dessus. 9.Fixez le tube du manomètre au robinet, en suivant la séquence d'actions décrite dans la section précédente. 9. Ouvrez doucement le robinet et observez le niveau d'eau monter dans le tube de pression. Au moment où les températures de l'air dans le grand tube et dans la pièce deviennent les mêmes, la montée du niveau d'eau s'arrêtera. Après cela, mesurez la différence de niveau d'eau dans le tube et dans l'éprouvette graduée - h. 11.Calculez la pression de la colonne d'eau : Р В = ρgh, où ρ est la densité de l'eau, g est l'accélération de la gravité, h est la différence de niveaux. 12. Calculez la pression de l'air dans le tube après refroidissement P 2 = P at - P B 13. Convertissez les valeurs de température obtenues en degrés Kelvin T = t Calculez les rapports P 1 / T 1 et P 2 / T Concluez comment beaucoup le résultat obtenu correspond à la formule (1). Indiquez les raisons possibles de l'écart entre les données expérimentales et la théorie. Questions du test 1. Pourquoi le refroidissement par air dans l'expérience peut-il être considéré comme isochore ? 2.Quelles conditions doivent être remplies pour que les modifications des paramètres du gaz soient conformes à la loi de Charles 8

9 5. ETUDE DU PROCEDE ISOTHERME. Matériel : tube transparent avec robinets aux extrémités, éprouvette graduée, mètre ruban. Contenu et méthode d'exécution du travail. Le but du travail est de vérifier la relation entre le volume et la pression d'une certaine quantité de gaz lors d'une compression isotherme. Conformément à la loi de Boyle-Mariotte, cette relation doit avoir la forme : V 1 P 1 = V 2 P 2 (1), où V 1 et V 2 sont les volumes occupés par le gaz, respectivement, avant et après compression, et P 1 et P 2 - sa pression. L'objet d'étude dans ce travail est l'air à l'intérieur d'un tube transparent. Avant la compression, il a les paramètres suivants. La pression est égale à la pression atmosphérique. Le volume est égal au volume de la cavité interne du tube. La température correspond à la température de l’air dans la classe. Pour comprimer l'air dans le tube, une des vannes est fermée. Le deuxième robinet reste ouvert. L'extrémité du tube avec le robinet ouvert est immergée jusqu'au fond de l'éprouvette graduée, qui est d'abord remplie d'eau à température ambiante, sans atteindre le bord mm. L'eau pénètre dans le tube par un robinet ouvert et comprime l'air jusqu'à ce que sa pression soit égale à la pression externe. Ainsi, après compression, les paramètres de l'air seront les suivants. Le volume sera égal au volume de la cavité interne moins le volume d'eau entré dans le tube. La pression augmentera de la quantité de pression hydrostatique de la colonne d’eau dans le cylindre. La température ne changera pas. Le volume de la cavité interne du tube est déterminé par le produit de sa section transversale et de sa longueur. Étant donné que la section transversale du tube est la même sur toute sa longueur, il est pratique de mesurer le volume d'air dans des unités conventionnelles. L'unité de longueur de la colonne d'air est considérée comme une unité conventionnelle. Ainsi, dans l'état initial, la pression est déterminée par les lectures d'un baromètre - anéroïde, et le volume est déterminé par un ruban à mesurer le long de la cavité interne. Pour mesurer la pression dans le deuxième état, mesurez la différence de niveaux d'eau dans l'éprouvette graduée et dans le tube - h. A l'aide de la formule de calcul de la pression hydrostatique d'un liquide, la pression de la colonne d'eau est calculée : P in = ρgh, où ρ est la densité de l'eau. La pression de l'air dans le deuxième état sera égale à la somme des pressions atmosphérique et hydrostatique. Pour déterminer le volume d'air dans le deuxième état, mesurez la longueur de la colonne d'eau entrant dans le tube. La longueur de la colonne d’eau est soustraite de la longueur du tube précédemment mesurée. Après avoir terminé les mesures, trouvez les produits de la pression et du volume d'air dans les premier et deuxième états. En comparant les chiffres obtenus, ils concluent que la loi de Boyle-Mariotte est valide. L'ordre des travaux. 1. Préparez un tableau pour enregistrer les résultats des mesures et des calculs : l 1, mm Р 1, Pa Δl, mm l 2, mm h, mm Р В, Pa Р 2, Pa l 1 P 1 l 2 P 2 2. Mesurer la longueur de la colonne d'air dans le tube. l Fermer un robinet et plonger l'extrémité du tube avec le robinet ouvert dans l'éprouvette graduée jusqu'en bas. 4. Mesurez la longueur de la colonne d'eau entrant dans le tube - Δl. 5. Mesurez la différence de niveau d'eau dans l'éprouvette graduée et dans le tube - h. 6. Calculez la longueur de la colonne d'air dans le tube après compression 1 2 = Δl. 7. Calculez la pression hydrostatique de l'eau P = ρgh. 8. Calculez la pression de l'air dans le tube après compression P 2 = P 1 + P in. 9. Calculez les produits l 1 P 1 et 1 2 P 2 et tirez une conclusion sur la précision avec laquelle la modification des paramètres du gaz dans l'expérience correspond à la loi de Boyle-Mariotte. 10. Indiquez les raisons qui ont influencé l'exactitude des résultats obtenus. Questions de contrôle. 1. Pourquoi le processus de compression de l'air dans ce travail peut-il être considéré comme isobare ? 2. Quelles conditions doivent être remplies pour que les modifications des paramètres du gaz soient conformes à la loi Boyle-Mariotte ? 9

10 6. ÉTUDIER LE PROCÉDÉ ISOBAR Matériel : un tube transparent avec deux robinets aux extrémités, un thermomètre de laboratoire, un ruban à mesurer, un verre extérieur du calorimètre, un récipient d'eau tiède, un récipient d'eau froide. Contenu et méthode d'exécution des travaux Le but du travail est de vérifier la relation entre le changement de volume et la température d'une certaine quantité de gaz lors de son refroidissement isobare. Conformément à la loi de Gay-Lussac, cette relation doit avoir la forme : V 1 /T 1 = V 2 /T 2 (1), où V 1 et V 2 sont respectivement les volumes occupés par une masse de gaz donnée, avant et après refroidissement, et T 1 et T 2 - sa température. Le gaz étudié dans ce travail est de l’air situé à l’intérieur d’un tube transparent. Pour isoler la cavité interne du tube de l'environnement extérieur, des robinets spéciaux sont fixés aux extrémités. Les mesures du volume et de la température de l'air chaud et froid à l'intérieur du tube sont effectuées dans l'ordre suivant. Le tube est placé hermétiquement, tour à tour, à l'intérieur du verre du calorimètre. Le robinet, situé près du bas, est d'abord fermé. Le robinet supérieur reste ouvert. Ensuite, de l'eau chauffée à C est versée dans le calorimètre. L'eau est versée de manière à ce que le robinet ouvert n'y soit pas immergé de plus de 5 à 10 mm. À mesure qu'il se réchauffe, le volume d'air dans le tube augmentera et des bulles commenceront à émerger du robinet ouvert. Au moment où la température de l'air devient égale à la température de l'eau chaude, l'émission de bulles s'arrêtera. Cet état de l'air dans le tube est considéré comme l'état initial. La température de l'air à l'état initial T 1 peut être déterminée en mesurant la température de l'eau dans un verre. Son volume V 1 est égal au volume de la cavité interne du tube. Après avoir mesuré la température de l'eau chaude, l'air est transféré dans un état avec d'autres paramètres. Pour ce faire, fermez le robinet, vidangez l'eau tiède et remplissez le verre d'eau froide en vous assurant que son niveau au-dessus du robinet supérieur est le même que dans la première partie de l'expérience. Après cela, le robinet est à nouveau ouvert. Au fur et à mesure qu'il refroidit, le volume d'air diminuera et une certaine quantité d'eau s'écoulera dans le tube par le robinet ouvert. Lorsque les températures de l'eau et de l'air redeviennent les mêmes (après 1 à 2 minutes), ils commencent à déterminer les paramètres du gaz dans le nouvel état. La température de l'air est à nouveau déterminée par la température de l'eau. Pour déterminer son volume après refroidissement, fermez le robinet supérieur, retirez le tube du calorimètre et, en le tenant verticalement, secouez-le vivement plusieurs fois. Dans ce cas, les gouttes d’eau qui pénètrent à l’intérieur fusionneront et formeront une colonne ininterrompue. En mesurant le volume de cette colonne d'eau et en le soustrayant du volume interne du tube, on détermine le volume d'air à l'état final. Il est pratique de mesurer les volumes dans ce travail en unités conventionnelles le long de la colonne d'air ou d'eau : la cavité interne du tube a la forme d'un cylindre et son volume V = S l, mais la section transversale S n'a pas ne change pas au cours de l'expérience, et afin de ne pas mesurer cette valeur, qui après substitution en égalité (1) diminuera encore, le volume est exprimé en unités de longueur (voir figures 1 et 2). La pression de l'air dans le tube dans les première et deuxième parties de l'expérience était égale à la somme de la pression atmosphérique et de la pression d'une petite colonne d'eau au-dessus du robinet ouvert. Étant donné que le niveau d'eau chaude et froide n'a pas changé, cette quantité n'a pas changé au cours de l'expérience, ce qui signifie que la pression de l'air dans le tube pendant son refroidissement est restée constante, c'est-à-dire que le processus s'est déroulé de manière isobare. A la fin des travaux, le rapport entre le volume d'air et sa température avant et après refroidissement est comparé. dix

11 Bon de travail 1. Préparez un tableau pour enregistrer les résultats des mesures et des calculs : l 1, cm t 1, C T 1, K Δl, cm l 2, cm t 2, C T 2, K l 1 /T 1 l 2 / T 2 2.Mesurez la longueur de la colonne d'air dans le tube l 1 (Fig. 1). 3. Fermez un robinet et placez le tube serpentin par serpentin dans le verre du calorimètre. Laissez le robinet du haut ouvert. 4.Remplissez un verre d'eau tiède et placez-y un thermomètre. 5. Observez la libération des bulles d'air du robinet ouvert. Dès qu'il s'arrête, déterminez et enregistrez la lecture du thermomètre t 1 (C). 6.Fermez le robinet, vidangez l'eau tiède, remplissez le verre d'eau froide jusqu'au niveau précédent et ouvrez à nouveau le robinet. 7. Après avoir attendu une minute et demie à deux minutes, déterminez et enregistrez la lecture du thermomètre t 2 (C). 8.Fermez le robinet, vidangez l'eau, retirez le tuyau du verre, secouez-le et mesurez la longueur de la colonne d'eau qu'il contient Δl (Fig. 2). 9. Calculez la longueur de la colonne d'air refroidi : l 2 = l 1 - Δl. 10. Convertissez les lectures du thermomètre enregistrées en degrés Kelvin : T = t Calculez les rapports l 1 / T 1 et l 2 / T 1 et tirez une conclusion sur la précision avec laquelle la modification des paramètres du gaz dans l'expérience correspond à la loi de Gay-Lussac . 12.Indiquez les raisons qui ont influencé l'exactitude des résultats obtenus. Questions du test 1. Pourquoi le processus de refroidissement par air dans ce travail peut-il être considéré comme isobare ? 2. Quelles conditions doivent être remplies pour pouvoir utiliser la loi de Gay-Lussac lors de la détermination des paramètres des gaz ? onze

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TEMPS DE COMPOSITION

– spectacle, jazz, moderne, danse folklorique, fantastique, spectacle de rue, spectacle de danse

· Solo, duo/paire – maximum 1,45-2,15 min.

· Petit groupe – maximum 2h00 - 3h00 min.

· Formation – maximum 3h00-4h00 min.

· Formation enfants -2h00-3h00 min.

· Mini production - minimum 3,00 min, maximum 8,00 min.

· Production – minimum 4,00 min, maximum 8,00 min.

Note: Utilisez votre propre musique. Supports : disques MD et disques CD (pas plus d'une mélodie sur un support, en indiquant la ville et le nom du groupe). Avoir une entrée en double.

Physique moléculaire. Phénomènes thermiques.

Justification expérimentale des principales dispositions des TIC :

Théorie de la cinétique moléculaire– la doctrine de la structure et des propriétés de la matière, utilisant l’idée de l’existence d’atomes et de molécules comme les plus petites particules d’une substance chimique. MCT est basé sur trois affirmations strictement prouvées expérimentalement :

- La matière est constituée de particules - atomes et molécules, entre lesquelles se trouvent des espaces ;

- Ces particules sont en mouvement chaotique, dont la vitesse est affectée par la température ;

- Les particules interagissent les unes avec les autres.

Le fait qu'une substance soit réellement constituée de molécules peut être prouvé en déterminant leur taille : une goutte d'huile se répand à la surface de l'eau, formant une couche dont l'épaisseur est égale au diamètre de la molécule. Une goutte d'un volume de 1 mm 3 ne peut pas s'étendre sur plus de 0,6 m 2 :

Il existe également d'autres moyens de prouver l'existence de molécules, mais il n'est pas nécessaire de les énumérer : les instruments modernes (microscope électronique, projecteur d'ions) permettent de voir des atomes et des molécules individuels.

Forces d'interaction moléculaire. a) l'interaction est de nature électromagnétique ; b) les forces à courte portée sont détectées à des distances comparables à la taille des molécules ; c) il existe une telle distance lorsque les forces d'attraction et de répulsion sont égales (R 0), si R>R 0, alors les forces d'attraction prévalent, si R

L'action des forces d'attraction moléculaire est révélée dans une expérience avec des cylindres de plomb collés les uns aux autres après avoir nettoyé leurs surfaces.

Molécules et atomes dans solide effectuer des oscillations aléatoires par rapport à des positions dans lesquelles les forces d'attraction et de répulsion des atomes voisins sont équilibrées. DANS liquides les molécules non seulement oscillent autour de la position d'équilibre, mais font aussi des sauts d'une position d'équilibre à la suivante ; ces sauts de molécules sont à l'origine de la fluidité d'un liquide, de sa capacité à prendre la forme d'un récipient. DANS des gaz généralement, les distances entre les atomes et les molécules sont en moyenne beaucoup plus grandes que la taille des molécules ; les forces répulsives n'agissent pas sur de longues distances, les gaz sont donc facilement comprimés ; Il n'y a pratiquement aucune force d'attraction entre les molécules de gaz, les gaz ont donc la propriété de se dilater indéfiniment.

Masse et taille des molécules. Constante d'Avogadro :

Toute substance est constituée de particules, donc une quantité de substance est considérée comme proportionnelle au nombre de particules. L'unité de quantité d'une substance est taupe. Taupeégale à la quantité de substance dans un système contenant le même nombre de particules qu’il y a d’atomes dans 0,012 kg de carbone.

Le rapport entre le nombre de molécules et la quantité de substance est appelé Constante d'Avogadro :

La constante d'Avogadro est . Il montre combien d’atomes ou de molécules sont contenus dans une mole d’une substance.

La quantité d’une substance peut être trouvée comme le rapport entre le nombre d’atomes ou de molécules de la substance et la constante d’Avogadro :

Masse molaire est une quantité égale au rapport de la masse d'une substance à la quantité de substance :

La masse molaire peut être exprimée en termes de masse de la molécule :

Pour déterminer masses moléculaires vous devez diviser la masse d'une substance par le nombre de molécules qu'elle contient :

Mouvement brownien:

mouvement brownien– mouvement thermique des particules en suspension dans un gaz ou un liquide. Le botaniste anglais Robert Brown (1773 - 1858) découvrit en 1827 le mouvement aléatoire de particules solides visibles au microscope dans un liquide. Ce phénomène s’appelle le mouvement brownien. Ce mouvement ne s'arrête pas ; avec l'augmentation de la température, son intensité augmente. Le mouvement brownien est le résultat de fluctuations de pression (un écart notable par rapport à la valeur moyenne).

La raison du mouvement brownien d’une particule est que les impacts des molécules liquides sur la particule ne s’annulent pas.

Gaz parfait :

Dans un gaz raréfié, la distance entre les molécules est plusieurs fois supérieure à leur taille. Dans ce cas, l'interaction entre les molécules est négligeable et l'énergie cinétique des molécules est bien supérieure à l'énergie potentielle de leur interaction.

Pour expliquer les propriétés d'une substance à l'état gazeux, au lieu d'un gaz réel, son modèle physique est utilisé - un gaz parfait. Le modèle suppose :

La distance entre les molécules est légèrement supérieure à leur diamètre ;

Les molécules sont des boules élastiques ;

Il n’y a pas de forces attractives entre les molécules ;

Lorsque les molécules entrent en collision les unes avec les autres et avec les parois du récipient, des forces répulsives agissent ;

Le mouvement des molécules obéit aux lois de la mécanique.

L'équation de base du MKT d'un gaz parfait :

L'équation de base du MCT permet de calculer la pression du gaz si la masse de la molécule, la valeur moyenne du carré de la vitesse et la concentration des molécules sont connues.

Pression du gaz idéal réside dans le fait que les molécules, lorsqu'elles entrent en collision avec les parois d'un récipient, interagissent avec elles selon les lois de la mécanique comme des corps élastiques. Lorsqu'une molécule entre en collision avec la paroi d'un récipient, la projection du vecteur vitesse v x sur l'axe OX, perpendiculaire à la paroi, change de signe à l'opposé, mais reste constante en amplitude. Par conséquent, à la suite de collisions d'une molécule avec une paroi, la projection de sa quantité de mouvement sur l'axe OX passe de mv 1x = -mv x à mv 2x = mv x. Un changement dans l'impulsion d'une molécule lors d'une collision avec une paroi est provoqué par une force F 1 agissant sur elle depuis le côté de la paroi. La variation de l'impulsion de la molécule est égale à l'impulsion de cette force :

Lors d'une collision, selon la troisième loi de Newton, la molécule agit sur la paroi avec une force F 2, égale en grandeur à la force F 1 et dirigée de manière opposée.

Il existe de nombreuses molécules et chacune transfère la même impulsion à la paroi lors d'une collision. En une seconde, ils transmettent l'impulsion , où z est le nombre de collisions de toutes les molécules avec la paroi, qui est proportionnel à la concentration de molécules dans le gaz, à la vitesse des molécules et à la surface de la paroi : . Seule la moitié des molécules se déplacent vers la paroi, le reste se déplace dans la direction opposée : . Puis l'impulsion totale transférée au mur en 1 seconde : . Selon la deuxième loi de Newton, la variation de la quantité de mouvement d'un corps par unité de temps est égale à la force agissant sur lui :

Étant donné que toutes les molécules n’ont pas la même vitesse, la force agissant sur la paroi sera proportionnelle au carré moyen de la vitesse. Puisque les molécules se déplacent dans toutes les directions, les valeurs moyennes des carrés des vitesses projetées sont égales. Par conséquent, le carré moyen de la projection de vitesse : ; . Alors la pression du gaz sur la paroi du récipient est égale à :

Équation MKT de base.

Désignant la valeur moyenne de l'énergie cinétique du mouvement de translation des molécules de gaz parfait :

On a

Température et sa mesure :

L'équation de base MKT pour un gaz parfait établit un lien entre un paramètre macroscopique facilement mesurable - la pression - et des paramètres microscopiques de gaz tels que l'énergie cinétique moyenne et la concentration moléculaire. Mais en mesurant uniquement la pression, nous ne pouvons connaître ni l'énergie cinétique moyenne des molécules individuelles ni leur concentration. Par conséquent, pour trouver les paramètres microscopiques d’un gaz, des mesures d’une autre grandeur physique liée à l’énergie cinétique moyenne des molécules sont nécessaires. Cette quantité est température.

Tout corps macroscopique ou groupe de corps macroscopiques, dans des conditions extérieures constantes, passe spontanément dans un état d'équilibre thermique. Équilibre thermique - Il s’agit d’un état dans lequel tous les paramètres macroscopiques restent inchangés aussi longtemps que souhaité.

La température caractérise l'état d'équilibre thermique d'un système de corps : tous les corps du système qui sont en équilibre thermique entre eux ont la même température.

Pour mesurer la température, vous pouvez utiliser la variation de n'importe quelle quantité macroscopique en fonction de la température : volume, pression, résistance électrique, etc.

Le plus souvent, dans la pratique, on utilise la dépendance du volume de liquide (mercure ou alcool) à la température. Lors de l’étalonnage d’un thermomètre, la température de fonte de la glace est généralement prise comme point de référence (0) ; le deuxième point constant (100) est considéré comme le point d'ébullition de l'eau à pression atmosphérique normale (échelle Celsius). Étant donné que différents liquides se dilatent différemment lorsqu'ils sont chauffés, le tartre ainsi établi dépendra dans une certaine mesure des propriétés du liquide en question. Bien sûr, 0 et 100°C coïncideront pour tous les thermomètres, mais 50°C ne coïncideront pas.

Contrairement aux liquides, tous les gaz raréfiés se dilatent de manière égale lorsqu’ils sont chauffés et changent de pression de la même manière lorsque la température change. Par conséquent, en physique, pour établir une échelle de température rationnelle, ils utilisent une modification de la pression d'une certaine quantité de gaz raréfié à volume constant ou une modification du volume d'un gaz à pression constante. Cette échelle est parfois appelée échelle de température des gaz parfaits.

À l'équilibre thermique, l'énergie cinétique moyenne du mouvement de translation des molécules de tous les gaz est la même. La pression est directement proportionnelle à l'énergie cinétique moyenne du mouvement de translation des molécules : . En équilibre thermique, si la pression d'un gaz d'une masse donnée et son volume sont fixes, l'énergie cinétique moyenne des molécules de gaz doit avoir une valeur strictement définie, tout comme la température. Parce que , alors, ou .

Notons . La valeur augmente avec l'augmentation de la température et ne dépend que de la température. Elle peut donc être considérée comme une mesure naturelle de la température.

Échelle de température absolue :

On considérera la valeur mesurée en unités d'énergie comme directement proportionnelle à la température exprimée en degrés : , où est le coefficient de proportionnalité. Le coefficient est nommé en l'honneur du physicien autrichien L. Boltzmann Constante de Boltzmann.

Ainsi, . La température déterminée par cette formule ne peut pas être négative. Par conséquent, la valeur de température la plus basse possible est 0 si la pression ou le volume est nul.

La température limite à laquelle la pression d'un gaz parfait devient nulle à un volume fixe ou le volume d'un gaz parfait tend vers zéro à une pression constante est appelée température zéro absolue..

Le scientifique anglais W. Kelvin a introduit l'échelle de température absolue. La température zéro sur l'échelle Kelvin correspond au zéro absolu, et chaque unité de température sur cette échelle est égale à un degré sur l'échelle Celsius. L'unité SI de température absolue est appelée Kelvin.

Ainsi, la température absolue est une mesure de l'énergie cinétique moyenne du mouvement moléculaire.

Vitesse des molécules de gaz :

Connaissant la température absolue, on peut trouver l'énergie cinétique moyenne des molécules de gaz, et, par conséquent, le carré moyen de leur vitesse.

La racine carrée de cette quantité s'appelle vitesse quadratique moyenne:

Des expériences visant à déterminer les vitesses des molécules ont prouvé la validité de cette formule. L'une des expériences a été proposée par O. Stern en 1920.

Équation d'état d'un gaz parfait (équation de Mendeleev – Clapeyron). Constante du gaz universel:

Basé sur la dépendance de la pression du gaz sur la concentration de ses molécules et la température, il est possible d'obtenir une équation reliant les trois paramètres macroscopiques : pression, volume et température - caractérisant l'état d'une masse donnée d'un gaz assez raréfié. Cette équation est appelée équation d’état des gaz parfaits.

Où est la constante universelle des gaz

Pour une masse de gaz donnée, donc

L'équation de Clapeyron.

Processus isothermes, isochores et isobares :

Les relations quantitatives entre deux paramètres de gaz avec une valeur fixe du troisième paramètre sont appelées lois des gaz. Et les processus se produisant à une valeur constante de l'un des paramètres sont des isoprocessus.

Processus isotherme– le processus de changement d'état d'un système thermodynamique de corps macroscopiques à température constante.

Pour un gaz d'une masse donnée, le produit de la pression du gaz par son volume est constant si la température du gaz ne change pas.– Loi Boyle-Mariotte.

Processus isochore- le processus de changement d'état d'un système thermodynamique de corps macroscopiques à volume constant.

Pour un gaz d'une masse donnée, le rapport pression/température est constant si le volume du gaz ne change pas. - La loi de Charles.

Processus isobare- le processus de changement d'état d'un système thermodynamique de corps macroscopiques à pression constante.

Pour un gaz d'une masse donnée, le rapport volume/température est constant si la pression du gaz ne change pas. - Loi de Gay-Lussac.

Énergie interne:

L'énergie interne d'un corps macroscopique est égale à la somme des énergies cinétiques du mouvement aléatoire de toutes les molécules (ou atomes) par rapport aux centres de masse du corps et des énergies potentielles d'interaction de toutes les molécules entre elles (mais pas avec les molécules d'autres corps).

Lors de tout processus dans un système thermodynamique isolé, l'énergie interne reste inchangée.