Молекулярная физика в формулах

Их связывают с исследованием движения и взаимодействия частиц, таких как молекулы, ионы и атомы, которые составляют физические тела.

Молекулярная физика своей целью ставит исследование свойств тел, руководствуясь при этом поведением отдельно взятых молекул. Все видимые процессы здесь протекают на уровне взаимодействующих друг с другом мельчайших частиц, при этом все заметное невооруженным глазом считается только следствием этих тонких связей.

Основные формулы молекулярной физики

Принцип актуальности формул молекулярной физики направлен на установление связи между разными параметрами системы. К основным формулам такого раздела относят:

• уравнение Клапейрона (с описанием состояния идеального газа);
• законы физиков Бойля, Гей-Люссака и Шарля.

Уравнение Клапейрона записывается таким образом:

$pV = nRT$, где:

• $р$ - давление,
• $n$ - количество вещества в молях,
• $R$ - универсальная газовая постоянная,
• $T$ - температура (в кельвинах),
• $V$ - занимаемый газом объем.

Из этой формулы посредством простых преобразований формулируются и другие законы состояния:

$pV = const$ (закон Бойля-Мариотта, применимый к изотермическому процессу)

$\frac{V}{T} = const$ (первый закон Гей-Люссака, применимый к изобарическому процессу);

$\frac{p}{T} = const$ (закон Шарля, применимый к изохорическому процессу).

Формулы для термодинамики и статистической физики

Статистическая физика представляет также раздел молекулярной физики. Здесь действуют следующие формулы:

$Q = mc(t_2-t_1)$

$Q = A + (U_2 – U_1)$

$H = TdS + Vdp$

Здесь $H$ - энтальпия.

$V=\frac{dG}{dpS}$, где:

• $G$ представляет энергию Гиббса (термодинамический потенциал).
• $S$ - энтропия (величина, введенная ученым Клаузиусом).

Процессы в молекулярной физике и их формулы

Количество вещества является определяющим для взаимосвязи веса (массы) и количества молекул, которые и будет содержать данная масса. Это обусловлено наличием разного числа минимальных частиц при одинаковой массе для различных веществ. Процессы, осуществляемые на молекулярном уровне, могут пониматься исключительно при рассмотрении количества атомных единиц – непосредственных участников взаимодействий.

Формула для определения количества вещества:

$v = \frac{N}{N_A}$, где:

• $m$ - масса,
• $N$ - число молекул,
• $N_A$ число Авогадро.

Молекулы представляют сложные системы, обладающие многоступенчатым строением. Для упрощения рассмотрим газовые частицы в сосуде в формате упругих однородных шариков, не взаимодействующих при этом друг с другом (это будет идеальный газ). Формула выглядит так:

$P = nkT$, где:

• $n$ —концентрация молекул;
• $T$ —абсолютная температура.

Определить количество частиц $d$ в данной массе вещества возможно такой формулой:

$v = \frac{N}{Na}$

Отсюда получается, что число молекул будет определять следующая формула:

$N = vNa$

Один моль всегда будет содержать равное количество минимальных частиц. Таким образом, зная массу моля, возможно разделить ее на число молекул (число Авогадро), с получением в итоге массы системной единицы:

$m = \frac{M}{Na}$

Следует учитывать отношение данной формулы исключительно к неорганическим молекулам. Что касается молекул органического типа, то их размеры намного больше, а их величине или весу свойственны совсем иные значения.

Молярная масса представляет массу в килограммах одного моля вещества. В связи с содержанием в одном моле одинакового количества структурных единиц, формулу молярной массы получаем такую:

$M = κM_r$, где:

• $k$ — коэффициент пропорциональности;
• $M_r$ — атомная масса вещества.

Молярная масса газа рассчитывается по уравнению Менделеева-Клапейрона:

$pV = \frac{mRT}{M}$

Тогда получаем такую формулу:

$M = \frac{mRT}{pV}$

Формулы, которые содержатся в термодинамике и в молекулярной физике, позволяют вычислять количественные значения для всех процессов, выполняемых в отношении твердых веществ и газов. Такие расчеты важны как для теоретических изысканий, так и в практическом применении, поскольку ориентированы на решение разноплановых задач.