Учебное пособие по физике. Часть II. Молекулярно-кинетическая теория, страница 15

Расстояние, которое пролетает молекула между двумя последовательными столкновениями, называется длиной свободного пробега и обозначается λ. Длины свободного пробега между молекулами могут значительно отличаться друг от друга, но средние длины пробегов у всех молекул в газе практически одинаковы. Поэтому пользуются средней длиной свободного пробега

λ=λ ₁+λ₂+…..+λ_z       

z- среднее число столкновений газа за одну секунду.

Сумма в числителе означает путь пройденный молекулой за одну секунду, то есть средняя скорость молекулы ν.

λ=ν/z

Диаметры молекул зависят от температуры и характеризуют молекулы лишь приближенно. Поэтому определённые опытным путём диаметры называются эффективным диаметром молекулы d_э.

Вакуум. (латинское слово «вакуум» означает пустота). Число молекул в единице объёма атмосферного воздуха характеризуется числом Лошмидта  n_Л. Если в каком-либо пространстве, занятом газом, число молекул в единице объёма n₀ меньше n_Л, то считают, что в этом пространстве имеется разряжённый газ (вакуум). Чем меньше n₀, тем выше считается вакуум. Чем меньше n₀, тем меньше число атомов z и тем больше средняя длина пробега λ. Принято считать, что в сосуде высокий вакуум, если средняя длина пробега молекул газа определена только размерами сосуда. Высокий вакуум необходим для нормальной работы установок в технике и научных исследованиях (телевизионные трубки, рентгеновские установки, радиолампы и др.)

При увеличении вакуума в сосуде с газом уменьшается давление.

Межзвёздная среда

В природе существует среда, где концентрация частиц в миллионы раз меньше, чем в самом высоком вакууме, который удаётся создать в лабораториях. Это межзвёздная среда. По современным оценкам в окрестности Солнца на 10см³ приходится всего одна частица. Межзвёздная среда состоит прежде всего, из атомов и молекул водорода, причём плотность вещества не является равномерной. Даже с помощью небольшого телескопа можно наблюдать светлую диффузную туманность в созвездии Ориона. Подобные туманности есть в созвездиях Лебедя, Стрельца и др. в диффузных туманностях, которые представляют собой протяжённые облака межзвёздного газа и пыли, средняя плотность газа составляет около 10 частиц на 1см³.

В межзвёздном пространстве есть тёмное непрозрачное вещество, которое называется звёздной пылью. Облако газа и пыли концентрируется главным образом в плоскости Млечного пути. Межзвёздная пыль – это мельчайшие твёрдые частицы размером около одного микрона. Образуются они в результате конденсации молекул подобно частицам дыма, возникающим при горении, и сходным с ними по размерам.

Идеальный газ

Чтобы облегчить изучение свойств газов, реальные газы заменяют их упрощённой моделью, которая в физике получила название идеального газа. Считают, что

а) в идеальном газе отсутствуют силы межмолекулярного взаимодействия, т.е. молекулы не притягиваются и не отталкиваются;

б) взаимодействие молекул происходит только при их соударениях, и являются упругими;

в) молекулы газа не имеют объёма, т.е. представляют собой материальные точки.

Зависимость давления от температуры

Величину, характеризующую степень нагретости тела, называют температурой. Для измерения температуры создан прибор термометр. Температура тела тесно связана с энергией движения его молекул. Физический смысл температуры: чем выше температура тела, тем больше кинетическая энергия, приходящаяся в среднем на его молекулы. Следовательно, чтобы нагреть тело, ему нужно сообщить энергию, чтобы остудить – отнять. При соприкосновении тел с различной температурой, тело с более высокой температурой остывает, а тело с более низкой температурой нагревается. Такой обмен энергией принято называть теплообменном. Кинетическая энергия приблизительно равна скорости, поэтому при нагревании тела средняя скорость движения его молекул увеличивается, а при охлаждении – уменьшается. О телах изолированной системы (не имеется контакт с другими телами), имеющих одинаковую температуру, говорят, что они находятся в тепловом (термодинамическом) равновесии. Т.о. температура характеризует внутреннее состояние тел изолированной системы, находится в термодинамическом равновесии. Точными опытами установлено, что давление газа, заключённого в замкнутый сосуд пропорционально температуре р~ Т.