Короткий довідник з фізики

Формули основних розділів

Молекулярно-кінетична теорія речовини

фізична теорія, що пояснює властивості та поведінку матерії через рух і взаємодію її найдрібніших частинок: атомів, молекул та іонів.

1. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії

Концентрація молекул:

Формула для концентрації молекул: n = N / V — відношення кількості молекул до об'єму

n= NV
Що означає ця формула?

n — концентрація частинок (молекул) в одиниці об'єму. Використовується для розрахунку тиску та інших макроскопічних величин у газі.

Основне рівняння МКТ:

Формула для тиску ідеального газу: P = (1/3)·m·n·v²̄ — зв'язок тиску з масою, концентрацією та середньоквадратичною швидкістю молекул

P= 13· m·n· v2¯
Фізичний зміст

Тиск газу пояснюється зіткненнями молекул зі стінками.
m — маса однієї частинки, v²̄ — середньоквадратична швидкість, n — концентрація. Це рівняння пов'язує мікроскопічні параметри з макроскопічним тиском.

Кінетична енергія однієї частинки:

Формула для кінетичної енергії: K = (1/2)·m·v² — енергія руху частинки масою m та швидкістю v

K= 12· m·v2
Що означає енергія?

Це механічна енергія поступального руху однієї частинки. v — миттєва швидкість молекули.

Альтернатива: Тиск через енергію:

Формула для тиску через середню кінетичну енергію: P = (2/3)·n·K̄

P= 23· n· K¯
Фізична інтерпретація

— середня кінетична енергія частинки. Ця форма показує, що тиск пропорційний енергії молекул.

Температура як міра енергії:

Формула для середньої кінетичної енергії молекул: K̄ = (3/2)·k·T — температура пропорційна середній кінетичній енергії руху частинок

K¯= 32· k·T
Фізичний зміст

Температура пропорційна середній кінетичній енергії руху частинок. k — константа Больцмана. Формула є фундаментальною для зв'язку МКТ з термодинамікою.

2. Кінетична теорія ідеального газу

Кінетична енергія однієї частинки:

Формула для кінетичної енергії: W = (1/2)·m₀·v² — енергія руху частинки масою m₀ та швидкістю v

W= 12· m0· v2
Зміст цієї формули

m₀ — маса однієї молекули, v — миттєва швидкість. Це основа для виведення тиску та середньої енергії газу.

Тиск через середню енергію:

Формула для тиску ідеального газу: p = (2/3)·n·W̄ — тиск пропорційний концентрації молекул та їхній середній кінетичній енергії

p= 23·n· W¯
Фізична інтерпретація

Тиск ідеального газу прямо пропорційний середній кінетичній енергії його молекул. Формула виведена на основі моделювання хаотичного руху молекул.

Середня кінетична енергія та температура:

Формула для зв'язку між середньою кінетичною енергією молекул та температурою: W̄ = (3/2)·k·T

W¯= 32· k·T
Навіщо це потрібно?

Температура газу слугує мірою середньої кінетичної енергії його молекул. Це фундаментальний зв'язок між макро- та мікропараметрами.

Швидкість частинок через молярну масу:

Формула для середньоквадратичної швидкості молекул: v = √(3RT / μ) — залежить від температури, газової сталої та молярної маси

v= 3·R·T μ
Інтерпретація

Формула дозволяє знайти середню швидкість молекул при заданій температурі. μ — молярна маса газу, R — універсальна газова стала.

3. Рівняння стану

Загальне рівняння стану:

Формула стану ідеального газу: p·V = N·k·T = n·R·T — зв'язок тиску, об'єму, температури, кількості частинок та кількості речовини

p·V= N·k·T= n·R·T
Що це означає?

Поєднує макроскопічні параметри газу: тиск, об'єм та температуру — з мікроскопічними параметрами: кількість частинок N або кількість речовини n. Формула має дві форми:
Мікроскопічна: pV = NkT
Макроскопічна: pV = nRT

Форма рівняння через масу газу:

Формула стану ідеального газу через масу: p·V = (m / μ)·R·T — зв'язок тиску, об'єму та температури з масою газу та молярною масою

p·V= mμ·R·T
Інтерпретація

m — маса газу, μ — його молярна маса. Формула корисна для розрахунків із заданою масою речовини.

Зв'язок констант:

Формула для зв'язку між універсальною газовою сталою, числом Авогадро та константою Больцмана: R = NA·k

R= NA·k
Навіщо це потрібно?

Цей зв'язок дозволяє переходити від мікропараметрів (через k) до макроформ (через R). NA — стала Авогадро.

4. Молекулярні швидкості

Середньоквадратична швидкість молекул:

Формула для середньоквадратичної швидкості молекул: v²̄ = (3·k·T) / m₀ — залежить від температури, константи Больцмана та маси однієї молекули

v2¯= 3·k·T m0
Що дає ця формула?

Дозволяє розрахувати середню кінетичну активність молекул при заданій температурі. k — константа Больцмана, m₀ — маса однієї молекули.

Ефективна (середньоквадратична) швидкість молекул:

Формула для ефективної (середньоквадратичної) швидкості молекул: vrms = √(v²̄) — квадратний корінь із середньоквадратичної швидкості

vrms= v2¯
Зміст середньоквадратичної швидкості

Це квадратний корінь із середньоквадратичної швидкості. Використовується в розрахунках тиску, імпульсу, теплового потоку. Чим вища температура — тим вища vrms.

Швидкість через молярну масу:

Формула для середньоквадратичної швидкості молекул: v = √(3·R·T / μ) — залежить від температури, універсальної газової сталої та молярної маси

v= 3·R·T μ
Що означає ця форма?

Показує залежність середньої швидкості від температури та молярної маси газу. Корисна для розрахунків, де задана μ — молярна маса речовини.