Молекулалы-кинетикалық теория негіздері

Оқулықтық тірек

• Кронгарт Б., Казахбаева Д., Иманбеков О., Қыстаубаев Т. «Физика. 10-сынып ЖМБ», 10-сынып, Мектеп, 2019, 112–120-б.
• Башарұлы Р., Шүйіншина Ш., Сейфоллина К. «Физика. 8-сынып», 8-сынып, Атамұра, 2018, 5–14-б.
• Кронгарт Б.А., Даданбеков Е.Е., Тоқбергенова У.Қ. «Физика. 7-сынып», 7-сынып, Мектеп, 2025, 113–118-б.

Материалдарда жоқ: зат мөлшері, Авогадро тұрақтысы, молекулалардың жылдамдықтар бойынша таралуы (Штерн тәжірибесі).

Негізгі ұғымдар

• МКТ үш қағидасы: 1) барлық заттар бөлшектерден (атомдар, молекулалар) тұрады; 2) бөлшектер үздіксіз әрі хаосты (жылулық) қозғалыста болады; 3) бөлшектер бір-бірімен тартылыс және тебіліс күштерімен әрекеттеседі.
• Молекула — заттың химиялық қасиетін сақтайтын ең ұсақ бөлшегі; атом — химиялық реакцияда бөлінбейтін ең ұсақ бөлшек.
• Броундық қозғалыс — сұйық не газ ішіндегі бөгде бөлшектердің бейберекет қозғалысы (Р. Броун, 1827 ж.). Себебі — молекулалардың жылулық қозғалысы.
• Диффузия — бір зат бөлшектерінің екінші зат бөлшектерінің арасына өтіп, араласуы.
• Температура — дененің жылулық күйін сипаттайтын шама; молекулалардың орташа кинетикалық энергиясына пропорционал.

Теория

МКТ-ны дәлелдейтін құбылыстар. Броундық қозғалыс: бөгде бөлшекке әр жақтан молекулалар соқтығысады, соққылар саны мен күші бірдей емес, сондықтан бөлшек хаосты қозғалады. Диффузия жылдамдығы:

• агрегаттық күйге тәуелді: газда ең жылдам, сұйықта баяу, қатты денеде өте баяу;
• температураға тәуелді: температура артса, диффузия жылдамдайды (тұз ыстық суда тез ериді). Пайдасы: өкпедегі газ алмасу, жасушалардың қоректенуі, металды дәнекерлеу; зияны — улы қалдықтардың таралуы.

Агрегаттық күйлер.

Күй	Көлемі	Пішіні	Бөлшектердің қозғалысы
Қатты	сақтайды	сақтайды	тор түйіндерінде тербеледі (кристалл); аморф денеде (шыны, балауыз) ретсіз орналасады
Сұйық	сақтайды	ыдыс пішінін алады	тепе-теңдік маңында тербеліп, кейде секіреді; аққыш
Газ	ыдысты толтырады	жоқ	бір-бірінен алыс, еркін хаосты қозғалыс, оңай сығылады
Әр түрлі күйде бір заттың молекулалары бірдей, тек орналасуы мен қозғалысы әр түрлі. Молекула диаметрі шамамен $10^{-10}$ м.

Идеал газ моделі: молекулалардың өз көлемі ескерілмейді, олар қашықтықта әрекеттеспейді, соқтығысулары абсолют серпімді.

МКТ негізгі теңдеуі. $p=\frac13nm_0\overline{v^2}=\frac23n\overline{E_k},\qquad \overline{E_k}=\frac32kT,\qquad p=nkT,$ мұнда $n$ — молекулалар концентрациясы (м⁻³), $m_0$ — бір молекуланың массасы, $k=1{,}38\cdot10^{-23}$ Дж/К — Больцман тұрақтысы.

Температура шкалалары. Цельсий шкаласы: 0 °C — мұздың еруі, 100 °C — қалыпты қысымда судың қайнауы. Кельвин шкаласы (абсолют шкала, У. Кельвин, 1848 ж.): 0 К — абсолют нөл, одан төмен температура жоқ; ол $-273$ °C (дәлірек $-273{,}15$ °C) сәйкес. $T=t+273,\qquad \Delta T=\Delta t\ \ (1\ \text{К}=1\ ^\circ\text{C}).$

Мысалдар

1. 300 К-дағы молекулалардың орташа кинетикалық энергиясы. $\overline{E_k}=1{,}5\cdot1{,}38\cdot10^{-23}\cdot300=6{,}21\cdot10^{-21}$ Дж.
2. Абсолют температура 2 есе артса, газ қысымы ($n$ тұрақты) қалай өзгереді? $p=nkT$ — 2 есе артады; $\overline{E_k}$ да 2 есе артады.
3. 15 °C-тан 75 °C-қа дейін қыздырылды. Кельвинмен? 288 К → 348 К, өзгерісі 60 К (= 60 °C).
4. Атыр иісі бөлмеге қант суда ерігеннен тез тарайды. Неге? Газдағы диффузия сұйықтағыдан әлдеқайда жылдам.

ҰБТ-дағы жиі қателер

• Броундық қозғалысты молекулалардың өз қозғалысы деу: бақыланатын — бөгде бөлшек, себеп — молекулалар соққысы.
• МКТ формулаларына Цельсий температурасын қою: тек кельвин.
• $\overline{E_k}\sim T$: температура 4 есе артса, орташа квадраттық жылдамдық $\sqrt{4}=2$ есе ғана артады.
• Аморф денелерді кристалдармен шатастыру: шыны, балауыз — аморф.
• Температура айырмасын кельвинге аударғанда 273 қосу: айырма өзгермейді.

Өзіңді тексер

1. МКТ-ның үшінші қағидасы? — Бөлшектер бір-бірімен тартылыс және тебіліс күштерімен әрекеттеседі.
2. Абсолют нөл Цельсий бойынша? — $-273$ °C.
3. $p=nkT$ формуласындағы $k$? — Больцман тұрақтысы, $1{,}38\cdot10^{-23}$ Дж/К.
4. Диффузия қай күйде ең жылдам жүреді? — Газда.
5. Броундық қозғалысты кім, қашан байқады? — Р. Броун, 1827 ж.