Краткий справочник по физике

Формулы основных разделов

Кинетическая теория вещества

физическая теория, объясняющая свойства и поведение вещества через движение и взаимодействие его мельчайших частиц: атомов, молекул и ионов.

1. Основные положения молекулярно-кинетической теории

Концентрация молекул:

Формула концентрации молекул: n = N / V — отношение числа молекул к объёму

n= NV
Что означает эта формула?

n — концентрация частиц (молекул) в единице объёма. Она используется при вычислении давления и других макроскопических величин в газе.

Основное уравнение МКТ:

Формула давления идеального газа: P = (1/3)·m·n·v²̄ — связь давления с массой, концентрацией и средней квадратичной скоростью молекул

P= 13· m·n· v2¯
Физический смысл

Давление газа объясняется ударами молекул о стенки.
m — масса одной частицы, v²̄ — средний квадрат скорости, n — концентрация. Это уравнение связывает микроскопические параметры с макроскопическим давлением.

Кинетическая энергия одной частицы:

Формула кинетической энергии: K = (1/2)·m·v² — энергия движения частицы с массой m и скоростью v

K= 12· m·v2
Что означает энергия?

Это механическая энергия поступательного движения одной частицы. v — мгновенная скорость молекулы.

Альтернатива: давление через энергию:

Формула давления через среднюю кинетическую энергию: P = (2/3)·n·K̄

P= 23· n· K¯
Физическая интерпретация

— средняя кинетическая энергия частицы. Эта форма показывает, что давление пропорционально энергии молекул.

Температура как мера энергии:

Формула средней кинетической энергии молекул: K̄ = (3/2)·k·T — температура пропорциональна средней энергии движения частиц

K¯= 32· k·T
Физический смысл

Температура пропорциональна средней энергии движения частиц. k — постоянная Больцмана. Формула фундаментальна для связи MКТ с термодинамикой.

2. Кинетическая теория идеального газа

Кинетическая энергия одной частицы:

Формула кинетической энергии: W = (1/2)·m₀·v² — энергия движения частицы с массой m₀ и скоростью v

W= 12· m0· v2
Смысл этой формулы

m₀ — масса одной молекулы, v — мгновенная скорость. Это основа для получения давления и средней энергии газа.

Давление через среднюю энергию:

Формула давления идеального газа: p = (2/3)·n·W̄ — давление пропорционально концентрации молекул и их средней кинетической энергии

p= 23·n· W¯
Физическая интерпретация

Давление идеального газа прямо пропорционально средней кинетической энергии его молекул. Формула получена на основе моделирования хаотического движения молекул.

Средняя кинетическая энергия и температура:

Формула связи средней кинетической энергии молекул с температурой: W̄ = (3/2)·k·T

W¯= 32· k·T
Зачем это нужно

Температура газа служит мерой средней кинетической энергии его молекул. Это фундаментальное соотношение между макро- и микропараметрами.

Скорость движения частиц через молярную массу:

Формула средней квадратичной скорости молекул: v = √(3RT / μ) — зависит от температуры, газовой постоянной и молярной массы

v= 3·R·T μ
Интерпретация

Формула позволяет найти среднюю скорость молекул при заданной температуре. μ — молярная масса газа, R — универсальная газовая постоянная.

3. Уравнение состояния

Общее уравнение состояния:

Формула состояния идеального газа: p·V = N·k·T = n·R·T — связь давления, объёма, температуры с числом частиц и количеством вещества

p·V= N·k·T= n·R·T
Что это означает?

Связывает макроскопические параметры газа: давление, объём и температуру — с микропараметрами: число частиц N или количество вещества n. Формула бывает в двух формах:
Микроскопическая: pV = NkT
Макроскопическая: pV = nRT

Форма уравнения через массу газа:

Формула состояния идеального газа через массу: p·V = (m / μ)·R·T — связь давления, объёма и температуры с массой и молярной массой газа

p·V= mμ·R·T
Интерпретация

m — масса газа, μ — его молярная масса. Формула полезна при расчётах с заданной массой вещества.

Связь постоянных:

Формула связи универсальной газовой постоянной с числом Авогадро и постоянной Больцмана: R = NA·k

R= NA·k
Зачем это нужно?

Эта связь позволяет перейти от микропараметров (через k) к макроформам (через R). NA — постоянная Авогадро.

4. Молекулярные скорости

Средний квадрат скорости молекул:

Формула среднего квадрата скорости молекул: v²̄ = (3·k·T) / m₀ — зависит от температуры, постоянной Больцмана и массы одной молекулы

v2¯= 3·k·T m0
Что даёт эта формула?

Позволяет рассчитать среднюю кинетическую активность молекул при заданной температуре. k — постоянная Больцмана, m₀ — масса одной молекулы.

Эффективная (rms) скорость молекул:

Формула эффективной (среднеквадратичной) скорости молекул: vrms = √(v²̄) — корень квадратный из среднего квадрата скорости

vrms= v2¯
Смысл rms-скорости

Это корень из среднего квадрата скорости. Используется в расчётах давления, импульса, теплового потока. Чем выше температура — тем выше vrms.

Скорость через молярную массу:

Формула средней квадратичной скорости молекул: v = √(3·R·T / μ) — зависит от температуры, универсальной газовой постоянной и молярной массы

v= 3·R·T μ
Что означает эта форма?

Показывает зависимость средней скорости от температуры и молярной массы газа. Полезна при расчётах, где задана μ — молярная масса вещества.