В чем отличие термодинамики от МКТ и каковы достоинства каждой из этих теорий?

В чем заключается суть механической картины мира и каковы основные причины ее краха при описании тепловых явлений?

Картина: Все богатство, все качественное многообразие – результат различия в движении частиц, составляющих тела. Механика лежит в основе всех процессов в природе. Объяснить какое-либо явление – это свести его в конечном счете к действию законов механики Ньютона.

Крах: Законов механики оказалось недостаточно для объяснения своеобразия совокупности тепловых процессов. Ограниченность механической теории обнаружилась при развитии теории электромагнитных явлений. Выяснилось, что электромагнитное поле, осуществляющее взаимодействие между электрически заряженными частицами, не подчиняется законам механики Ньютона (описывается уравнениями Максвелла). Была построена новая механика движения микрочастиц – квантовая механика.

Почему существует необходимость изучения тепловых явлений? Какова их роль? Приведите 5 примеров влияния температуры на свойства тел.

Необходимость: Течение тепловых процессов связано со строением вещества. Тепловые явления можно использовать для выяснения структуры вещества и наоборот – сведения о структуре вещества способны предсказать физическую сущность тепловых явлений. Также, открытие тепловых законов позволяет применять их на практике и в технике.

Роль: Тепловые явления влияют на внешний облик планеты (структура морей и ледников), на жизнедеятельность организмов, которые могут существовать при определенной температуре и при ее изменении могут испытывать дискомфорт. Температура среды является одним из важнейших факторов существования жизни.

Влияние: 1) при нагревании и охлаждении меняются размеры твердых тел и объемы жидкостей; 2) при изменении температуры меняются механические свойства (н-р, упругость); 3) могут изменятся сопротивление электрическому току, магнитные свойства и оптические.

Что такое теплород? Опишите взлет и падение теории теплорода, подкрепляя рассказ примерами. Каково участие в этом вопросе М.В. Ломоносова?

Теплород (связан с теплотой) – невесомая жидкость, способная перетекать от одного тела к другому. Чем больше теплорода в теле, тем выше температура тела. (По вещественной теории тепла).

Теплота – вид внутреннего движения частиц, составляющих тела. Чем быстрее движутся частицы, тем выше температура тела. (По корпускулярной теории)

Взлет: Временную победу одержала теория теплорода. Экспериментально было доказано сохранение количества тела при теплообмене. Был сделан вывод о сохранении (неуничтожимости) тепловой жидкости –теплорода. На основе вещественной теории теплоты были введены понятия теплоемкости тел, удельных теплоты парообразования и плавления, построена количественная теория теплопроводности. С помощью корпускулярной теории не получалось установить связь между величинами и сохранявшейся теплотой при теплообмене, не была ясна связь между кинетической энергией частиц и температурой.

Падение: Большим числом опытов было доказано, что что «тепловой жидкости» не существует. При работе силы трения можно получить разное количество теплоты, также от паровой машины пар охлаждается и теплота исчезает. В 19 век была доказана эквивалентность (прямопропорциональность) механической работы и количества теплоты. Нагревание или охлаждение жидкости связано не с количеством невесомой жидкости, а с изменением количества энергии.

Принцип сохранения теплорода был заменен более общим и глубоким принципом – законом сохранения энергии.

М.В. Ломоносов: Рассматривал теплоту как вращательное движение частиц вещества. С помощью своей теории он дал правильное объяснение явлений плавления, испарения и теплопроводности. Сделал вывод о существовании «наибольшей и наименьшей степени холода», когда движение частиц прекращается.

В чем отличие термодинамики от МКТ и каковы достоинства каждой из этих теорий?

Отличие: В термодинамике рассматривается теория, в которой не учитывается молекулярное движение тел, МКТ же в свою очередь построена на основе предположения о том, что вещество состоит из атомов и молекул. Все законы термодинамики относятся к макротелам (от песчинки до планеты), в которых огромное количество молекул.

Термодинамика: Термодинамика возникла при изучении оптимальных условий использования теплоты для совершения работы. С помощью нее просто описываются тепловые явления и выполняются расчеты важных технических свойств.

МКТ: Статистическая механика является более глубокой теорией, в которой полностью вскрывается сущность тепловых явлений. Она позволяет на основе определенных представлений о строении вещества вычислять теплоемкость и другие величины, которые термодинамика заимствует непосредственно из опыта.

МКТ и термодинамика взаимно дополняют друг друга, так как простые расчеты в статистической механики, основанные на законах термодинамики, оказываются незаменимыми, а в термодинамике некоторые величины могут быть определены только экспериментально, в отличие от МКТ.

5) Сформулируйте положения МКТ с приведением доказательств каждого.

1. Любое вещество состоит из мельчайших частиц (молекул, атомов), разделенных между собой промежутками.

Доказательства:

*Закон кратных отношений - если два элемента образуют друг с другом более одного соединения, то массы одного из элементов, приходящиеся на одну и ту же массу другого элемента, относятся как целые числа, обычно небольшие.

*Закон постоянных отношений – при образовании любых химических соединений массы реагирующих веществ находятся в строго определенных отношениях

*Диффузия

*Деформация

*Непосредственное наблюдение с помощью туннельного микроскопа

*Результирующий объем может быть меньше, чем объем двух веществ до их слияния (банка с водой и горохом и др.)

2. Молекулы вещества находятся в непрерывном хаотичном движении – тепловом.

Доказательства:

*Броуновское движение

*Диффузия

*Осмос (всасывание через стенки – явление полунепроницаемости стенок)

*Стремление газа занять весь предоствленный объем)

3. Молекулы взаимно притягиваются и отталкиваются