Ломоносов – физик

Ломоносов внёс значительный вклад в развитие физической науки. Его активная творческая деятельность была посвящена самым актуальным в то время направлениям физики и, говоря современным научным языком, смежным с физикой областям: физической химии, геофизике, физике атмосферы, астрономии, физической минералогии, математической физике, биофизике, метрологии, гляциологии, физике северных сияний, физике «хвостов» комет.

Среди наиболее значимых научных достижений Ломоносова в области физики является его атомно-корпускулярная теория строения вещества и материи. В рамках этих представлений он объяснил причины агрегатных состояний веществ (твёрдое, жидкое и газообразное состояния) и разработал теорию теплоты. Следует отметить, что в это время господствовал иной взгляд на природу теплоты, в основе которого лежало представление о «теплороде» – некой огненной материи, посредством которой распространяется и передаётся тепло. Ломоносов показал физическую несостоятельность теории теплорода и дал по сути современную молекулярно-кинетическую трактовку теории теплоты. В работе «О причине теплоты и стужи» он писал, что «теплота состоит в движении материи, которое движение хотя и не всегда чувствительно, однако подлинно в теплых телах есть (…). Сие движение есть внутреннее, то есть в теплых и горячих телах движутся нечувствительные частицы, из которых состоят самые тела». В этой же работе Ломоносов указал на возможность существования абсолютного нуля температуры, отмечая, что «должна существовать наибольшая и последняя степень холода, которая должна существовать в полном прекращении вращательного движения частиц».

Основываясь на своих молекулярно-кинетических представлениях о строении вещества, Ломоносов в работе «Опыт теории упругости воздуха» объяснил упругие свойства атмосферного воздуха механизмом отталкивания атомов воздуха друг от друга: «… отдельные атомы воздуха, в беспорядочном чередовании, сталкиваются с ближайшими через нечувствительные промежутки времени, и когда одни находятся в соприкосновении, иные друг от друга отталкиваются и наталкиваются на ближайшие к ним, чтобы снова отскочить; таким образом, непрерывно отталкиваемые друг от друга частыми взаимными толчками, они стремятся рассеяться во все стороны». Это позволило Ломоносову объяснить зависимость упругости воздуха от теплоты: «Отсюда очевидно, что воздушные атомы действуют друг на друга взаимным соприкосновением сильнее или слабее в зависимости от увеличения или уменьшения степени теплоты, так что если было бы возможно, чтобы теплота воздуха вовсе исчезла, то атомы должны были бы вовсе лишиться указанного взаимодействия». Только спустя столетие данные воззрения стали общепринятыми благодаря работам Дж. Максвелла и Л. Больцмана, создавших количественную математическую теорию газов в рамках молекулярно-кинетических представлений.

Теория Ломоносова позволила также объяснить изменения плотности воздуха с высотой и предсказать наличие границы атмосферы: «Чем дальше от земли отстоят остальные атомы, тем меньшую массу толкающих и тяготеющих атомов встречают они в своем стремлении вверх; так что верхние атомы, занимающие самую поверхность атмосферы, только своей собственной тяжестью увлекаются вниз и, оттолкнувшись от ближайших нижних, до тех пор несутся вверх, пока полученные ими от столкновения импульсы превышают их вес. Но как только последний возьмет верх, они снова падают вниз, чтобы снова быть отраженными находящимися ниже. Отсюда следует:

1. что атмосферный воздух должен быть тем реже, чем более он отделен от центра земли;
2. что воздух не может бесконечно расширяться, ибо должен существовать предел, где сила тяжести верхних атомов воздуха превысит силу, воспринятую ими от взаимного столкновения».

В работе «Прибавление к размышлениям об упругости воздуха» Ломоносов объяснил непропорциональность упругости давлению сильно сжатого воздуха, обнаруженную Д. Бернулли, влиянием собственного объема частичек воздуха на частоту их столкновений. Приблизительно через сто лет аналогичные представления были использованы нидерландским физиком Ван-дер-Ваальсом при создании им количественной теории неидеального газа.

Ломоносов открыл один из фундаментальных законов природы – закон сохранения материи в изолированных системах. Он сформулировал его в письме к Леонарду Эйлеру от 5 июля 1748 года следующим образом: «Но все встречающиеся в природе изменения происходят так, что если к чему-либо нечто прибавилось, то это отнимается у чего-то другого. Так, сколько материи прибавляется какому-либо телу, столько же теряется у другого, сколько часов я затрачиваю на сон, столько же отнимаю от бодрствования, и т.д. Так как это всеобщий закон природы, то он распространяется и на правила движения: тело, которое своим толчком возбуждает другое к движению, столько же теряет от своего движения, сколько сообщает другому, им двинутому».

Работы Ломоносова и его соратника Г.В. Рихмана внесли важный вклад в понимание электрической природы грозовых разрядов. В то время под физикой электричества понимался круг явлений, связанных с наэлектризованными трением телами. Наэлектризованные или электрически заряженные тела обладали способностью притягиваться или отталкиваться, производить электрические искры и звук. В связи с этим возникло предположение: не имеют ли грозовые разряды электрическую природу? Единства по этому вопросу среди учёных того времени не было. Ломоносов с Рихманом в России и Б. Франклин в Америке провели оригинальные научные эксперименты и доказали электрическую природу грозовых разрядов.

Ломоносов не только провёл блестящее многолетнее исследование атмосферного электричества и установил ряд эмпирических закономерностей грозовых явлений, но и в работе «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих» (1753) объяснил причину возникновения электричества в грозовых облаках конвекцией теплого воздуха (у поверхности Земли) и холодного воздуха (в верхних слоях атмосферы).

На основе многолетних исследований и многочисленных опытов Ломоносов разработал теорию света и выдвинул трёхкомпонентную теорию цвета, с помощью которой объяснил физиологические механизмы цветовых явлений. По мысли Ломоносова, цвета вызываются действием трёх родов эфира и трёх видов цветоощущающей материи, составляющей дно глаза. Теория цвета и цветового зрения, с которой Ломоносов выступил в 1756 году, выдержала проверку временем и заняла должное место в истории физической оптики.

Всю жизнь занимаясь научными наблюдениями, опытами, экспериментами и прекрасно понимая всё их значение для науки, Ломоносов видел, что одного этого мало. «Если нельзя создавать никаких теорий, то какова цель стольких опытов, стольких усилий и трудов великих людей?» – спрашивал он и с предельной чёткостью определял задачу учёного: «Из наблюдений устанавливать теорию и с помощью теории исправлять наблюдения».

Кратко открытия Ломоносова в физике и химии для мировой науки

Для всех, кому интересны открытия Ломоносова в разных областях науки кратко опишем их. Полное описание займет целую книгу!

Содержание статьи

Главные открытия в физике и химии Михаила Васильевича Ломоносова

М. В. Ломоносов родился в 1711 году близ г. Архангельск. История России не знала более одаренного, более талантливого человека. Трудно охватить круг его интересов — так он велик. Пушкин как то написал о нем:

«…соединяя необыкновенную силу воли с необыкновенною силою понятия… обнял все отрасли просвещения… Историк, риторик, механик, химик, минералог, художник и стихотворец, он все испытал и все проник…»

Разносторонность таланта Ломоносова поражала иностранцев. Еще недавно в некоторых иностранных сочинениях по истории химии писали, что было два Ломоносова: один химик, а другой поэт!

В этой статье мы не будем обсуждать достижения Михаила Васильевича в области литературы и развития русского литературного языка, изучения Российской истории, математики и применения достижений науки в области промышленного производства (стекольное производство).

А кратко коснемся только вклада ученого в развитие химии и физики. В то время грани между этими науками были более размыты и один человек мог быть и талантливым физиком и гениальным химиком. Как и другие лучшие сыны русского народа, М.В. Ломоносов, горячо любил Родину и много сил положил на укрепление ее мощи, на улучшение жизни народа.

Заботясь о распространении знаний, он внес неоценимый вклад в развитие Российской науки и был фактическим основателем Московского университета, самого крупнейшего научного центра нашей страны.

Надо подумать, как это было сложно сделать бывшему сыну рыбака, выросшему на берегу неласкового ледяного моря, находясь в окружении придворных императрицы ЕлизаветыI.

Физика и химия

В самых разных отраслях науки работал этот гений. Но особенно много в учение Ломоносова занимала физика и химия.

• Им создана первая в России химическая лаборатория, предназначенная для чисто научных исследований.

Чем объяснялись свойства материи в 17 веке

Что происходит с телами при нагревании? Что такое тепло? Почему тела притягиваются к земле? Почему газ сопротивляется сжатию? Почему тело, выставленное на мороз, охлаждается? Эти вопросы особенно интересовали ученых во времена Ломоносова. Тогда наука объясняла все эти явления теорией теплорда, существованием целого набора таинственных материй: тепловая, холода, твердости и т.д. С помощью этих материй можно было объяснить любое явление. Например: вода нагревается, потому что огонь выделяет «тепловую материю». А интересно знать, почему газ при сжатии сопротивляется? Потому что содержит «материю упругости». Такие объяснения ничего не объясняют и содержат множество противоречий. И Ломоносов доказывает понимание тепла и упругости без этих таинственных материй.

Теория Ломоносова

Объясняется это просто, если на помощь призвать учение об «элементах». В XVIII веке оно далеко шагнуло вперед, стало неоспоримым. М. В. Ломоносов первый ввел понятие атом (в 1747 году) и связал представления о них с исследованиями, о составе и свойствах различных веществ. Корпускулярно-кинетическая теория Ломоносова является органической частью всего его материалистического учения.

• Изучив свойства тел, Ломоносов дал объяснение таких качеств, как упругость газов, нагревание при трении и т. д.

Ломоносов считал:

• Что все, что нас окружает, состоит из мельчайших частиц – «корпускул».
• Но они — не самые мелкие. Корпускулы содержат в себе еще более мелкие «элементы» – они же атомы.
• Они имеют круглую форму и не соприкасаются друг с другом.
• Все однородные тела состоят из одинаковых молекул, которыми определяется их свойства.

Свойства тел и явления природы Ломоносов объясняет «коловратным» (вращательным) движением и взаимодействием частиц материи. Фактически основой его теории стало положение о неразрывности материи и движения, в противоположность старой версии, считавшей движение чем-то внешним по отношению к исследуемым телам. Когда ученые напряженно трудились, пытаясь раскрыть тайны строения материи, закон сохранения массы и энергии сформулированный Ломоносовым, был основой, на которой проводились поиски ученых. Он уменьшал вероятность ошибочного пути и ложных выводов. Без этого закона невозможно было бы овладеть всей энергией, скрытой в атомных ядрах. И в наши дни гениальная мысль о существовании закона сохранении материи и широком смысле слова раскрывается в новых конкретных формах.

Оппоненты из Европы

Сходных взглядов придерживался современник Ломоносова, талантливый швейцарский физик, член Петербургской Академии наук Даниил Бернулли. Однако большинством иностранных ученых идеи Ломоносова были встречены чрезвычайно враждебно. В 1754 году некий Арнольд для получения ученой степени в Эрлангенском университете (Германия) написал сочинение, в котором «с успехом доказал» неправильность объяснения теплоты, которое было дано Ломоносовым. Кстати, конфликты Ломоносова с иностранцами особенно сильно шли в самой России и достигали такого накала, что церковники требовали сожжения его на костре! Но эта страница истории требует отдельного рассмотрения.

Первое признание открытия пришло в химии

Но беспристрастный суд истории показал, что прав был Ломоносов: учение об атомах нашло всеобщее признание. Однако это произошло далеко не сразу. Первоначально это учение прочно укрепилось в химии. Этому много способствовали труды английского ученого Джона Дальтона, который убедительно показал, какие замечательные перспективы открывает применение атомного учения в химии. Все законы химических превращений объяснялись просто на основании атомного учения. Оно позволяло:

• знать состав сложных соединений
• не наугад получать новые вещества
• предвидеть возможный результат химических превращений

Атомное учение дало возможность не только объяснить открытые опытным путем законы, определяющие поведение вещества, но и предсказать новые явления и закономерности, «до селе неизвестные». Однако и это не принесло признания реальности строения веществ из маленьких частиц. Настолько невероятным это казалось. Идеалистические взгляды препятствовали распространению учения об атомах. Многие горе-теоретики утверждали, что атомы — это человеческая фантазия, а успехи атомной теории — это предположение, не имеющее доказательств. Но спустя время, после напряженных исследований ученых всего мира учение Ломоносова стало общепризнанным. Работа лучших умов мира подтвердила гениальную мысль Ломоносова

• свойства тела определяются характеристиками образующих его частиц, их расположением и движением

Смысл корпускулярной теории Ломоносова

Итак, все в мире состоит из мельчайших частиц, корпускул (мы знаем их как молекулы). Если дробить кусочек сахара или другое вещество на все более и более мелкие частицы, то в конце концов мы придем к предельно мельчайшей частице — молекуле. Она сохраняет еще свойства, присущие данному веществу: молекула воды сохраняет ее свойства, молекула сахара — свойства сахара. Сейчас уже известно, как малы молекулы и как много их в любом теле. Можно рассмотреть такой пример. Если стакан воды с мечеными молекулами вылить в Мировой океан, перемешать с морями, реками, озерами, то взятый в любом месте стакан воды будет содержать сотни меченых молекул Молекулы так малы, что трудно представить себе их состоящими из еще более мелких частиц. А между тем молекулы действительно состоят из еще более мелких частиц, которые теперь и называются атомами. Однако если разделить молекулы на атомы, то присущие данному веществу свойства будут потеряны. Молекула воды распадется на атом кислорода и два атома водорода. Водород и кислород — газы; по своим свойствам они совсем непохожи на воду.

Как видится строение материи сейчас

Физические и химические свойства веществ зависят от того, из каких атомов состоит его молекула. Углекислый газ получается в результате соединения атома углерода с двумя атомами кислорода; молекуле бензола, например, состоит их шести атомов углерода и шести атомов водорода. А молекула кислорода состоит из двух одинаковых его атомов. Встречаются молекулы более сложные, но есть и такие, которые содержат всего один атом. Если заменить хоть один атом в молекуле другим, свойства ее изменятся. Например, если в молекуле воды заменить атом водорода на атом металла натрия, то получится молекула вещества, называемого едким натрием, или едкой щелочью. Едкий натрий — твердое вещество, по своим качествам совершенно непохожее на воду. Свойства молекул, однако, зависят не только от того, какие атомы входят в их состав, но и от того, как они расположены. В этом можно убедиться, рассмотрев две молекулы. Каждая из них содержит 4 атома углерода и 10 атомов водорода, но свойства этих молекул различны. Причиной тому — разное расположение атомов.

При увеличении числа атомов в молекуле количество возможных расположений их быстро возрастает; так, у молекулы, состоящей из 13 атомов углерода и 28 атомов водорода, возможно 802 варианта расположения атомов, и, следовательно, и веществ с таким составом возможно 802 варианта. Несмотря на то, что молекулы нельзя было увидеть даже в самый сильный из обычных микроскопов, ученые нашли способы с полной достоверностью доказать их существование. Например, с помощью электронного микроскопа, который увеличивает настолько сильно, что молекулы можно увидеть. Все это с достоверностью можно утверждать сейчас, после всех прорывов в науке. Но насколько гениальным было выдвинуть такое утверждение 300 лет назад, когда и электричество существовало в мыслях большинства людей только в виде молнии, «которую Илья-пророк мечет с небес». Пойти против мнения большинства ученых цивилизованной Европы и в конечном итоге победить!

Похожие записи

Презентация » Вклад М.В. Ломоносова в развитие физики»

Инфоурок › Физика ›Презентации›Презентация » Вклад М.В. Ломоносова в развитие физики»

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд Описание слайда:

Презентация на тему : «Открытия Ломоносова в физике и астрономии»

2 слайд Описание слайда: 3 слайд Описание слайда:

Корпускулярно-кинетическая теория В 1741 г. в своей работе «Элементы математической химии» Ломоносов изложил свою корпускулярную теорию строения вещества.

4 слайд Описание слайда:

Согласно этой теории, все вещества состоят из мельчайших «нечувствительных» частичек. Эти частички неделимы и способны сцепляться друг с другом.

5 слайд Описание слайда:

Мелкие частицы Ломоносов назвал элементами, а крупные – корпускулами.

6 слайд Описание слайда:

Ломоносов считал, что все корпускулы движутся по законам механики. А так как движение корпускул влечёт за собой изменения веществ, то и химические превращения следует изучать физическими и математическими методами.

7 слайд Описание слайда:

«О причине теплоты и стужи» В своей научной работе «О причине теплоты и стужи» Ломоносов писал, что тело может быть горячим или тёплым, потому что в нём происходит внутреннее движение частиц, из которых это тело состоит. И если движение этих частиц полностью прекращается, то наступает наибольшая и последняя степень холода, то есть абсолютный нуль.

8 слайд Описание слайда:

Закон сохранения материи Ломоносов же был убеждён, что если материя убывает где-то в одном месте, то она непременно прибавится в другом.

9 слайд Описание слайда:

Своим законом он объяснял все процессы, происходящие при теплопередаче, и других переходах энергии.

10 слайд Описание слайда:

Исследование световых и цветовых явлений Кроме того, он был автором гипотезы о существовании в эфире трёх разных по своим размерам частиц. Каждая из этих групп частиц определяла какой-нибудь основной цвет: красный, жёлтый или голубой. А все остальные цвета по его теории получались при смешении основных.

11 слайд Описание слайда: 12 слайд Описание слайда: 13 слайд Описание слайда: 14 слайд Описание слайда:

Электричество все природные явления: химические, тепловые, световые и электрические — имеют одинаковую природу. И все они вызываются движением различных частиц материи в эфире.

15 слайд Описание слайда: 16 слайд Описание слайда:

Большой вклад Ломоносов внёс в изучение происхождения грозовых разрядов. Он доказал с помощью экспериментов, что они имеют электрическую природу.

17 слайд Описание слайда:

Русский Леонардо да Винчи

18 слайд Описание слайда:

Русский Леонардо да Винчи

19 слайд Описание слайда:

Прохождение планеты  Венера по диску Солнца

20 слайд Описание слайда:

«…Бледного сияния и хвостов причина недовольно еще изведана, которую я без сомнения в електрической силе полагаю… сие явление с северным сиянием сродно!»

21 слайд Описание слайда:

Курс повышения квалификации

Курс повышения квалификации

Курс повышения квалификации

Найдите материал к любому уроку,
указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

Выберите категорию: Все категорииАлгебраАнглийский языкАстрономияБиологияВнеурочная деятельностьВсеобщая историяГеографияГеометрияДиректору, завучуДоп. образованиеДошкольное образованиеЕстествознаниеИЗО, МХКИностранные языкиИнформатикаИстория РоссииКлассному руководителюКоррекционное обучениеЛитератураЛитературное чтениеЛогопедия, ДефектологияМатематикаМузыкаНачальные классыНемецкий языкОБЖОбществознаниеОкружающий мирПриродоведениеРелигиоведениеРодная литератураРодной языкРусский языкСоциальному педагогуТехнологияУкраинский языкФизикаФизическая культураФилософияФранцузский языкХимияЧерчениеШкольному психологуЭкологияДругое

Выберите класс: Все классыДошкольники1 класс2 класс3 класс4 класс5 класс6 класс7 класс8 класс9 класс10 класс11 класс

Выберите учебник: Все учебники

Выберите тему: Все темы

также Вы можете выбрать тип материала:

Общая информация

Номер материала: ДВ-276151

Похожие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

300 лет Михаилу Ломоносову | Социальная сеть работников образования

Слайд 1

Презентация для классного часа «Столпы российской науки» к Неделе физики Подготовил: обучающийся группы П-132 профессии «Повар, кондитер» Шишин Александр Руководитель: преподаватель общеобразовательных дисциплин Вегман Н.В.

Слайд 2

Введение. 19 ноября 2011 года – знаменательная дата в истории России, 300-летие великого российского учёного и просветителя. М.В. Ломоносов – первый русский академик Петербургской АН, член Академии художеств, почётный член Стокгольмской и Болонской академий наук. Основатель Московского государственного университета, который носит имя М.В. Ломоносова.

Слайд 3

Обзор В презентации представлены основные труды М.В. Ломоносова по физике и астрономии.

Слайд 4

Вклад М.В.Ломоносова в развитие физики и астрономии. Разработка атомистической теории строения вещества. Разработка учения о теплоте. Исследование природы электрических явлений. Учение о свете и цвете. Исследование комет. Астрономическое открытие атмосферы Венеры.

Слайд 5

Молекулярная физика (физика тепловых явлений). Сегодня в школьном курсе физики изучение молекулярной (статистической) физики начинается с того, что даётся определение: молекулярная физика – это раздел физики, в котором изучают тепловые явления на основе представления о том, что все тела состоят из микроскопических частиц атом и молекул, т.е. с учетом их внутреннего строения. Однако, чтобы прийти к такому пониманию физики тепловых явлений и строения тел, человечество прошло долгий путь. Большой вклад в формирование физики тепловых явлений и развитию молекулярно-кинетической теории внёс М.В. Ломоносов.

Слайд 6

Разработка атомистической теории строения вещества. Новым в этой теории по сравнению с работами предшественников Ломоносова было признание им объективного существования двух различных форм частиц материи – атома (по его терминологии элемента) и молекулы (по его терминологии – корпускулы) как собрания атомов. Уже в одной из первых своих работ – «276 заметок по физике и корпускулярной философии» Ломоносов, выступая против положений Готфрида Лейбница и его последователей, которые утверждали, что в основе всех явлений природы лежат нематериальные духовные сущности, заявлял: «…я твердо уверен, что это мистическое учение должно быть до основания уничтожено моими доказательствами». Идеи Ломоносова о строении всех тел из атомов как материальных частичек опередили науку более чем на сто лет.

Слайд 7

Диссертация М.В. Ломоносова. Свою научную деятельность М.В. Ломоносов начал, учась в Германии в городе Марбурге, под руководством профессора Христиана Вольфа.

Слайд 8

В марте 1739 года публикуется его диссертация «Физическая диссертация о различии смешанных тел, состоящих в сцеплении корпускул, которую для упражнения написал Михайло Ломоносов, студент математики и философии» , в которой заложены основы новой корпускулярной теории строения материи, новой корпускулярной физики и химии.

Слайд 9

Корпускулы – сущности сложные, недоступные сами по себе наблюдению, т.е. настолько малы, что совершенно ускользают от взора. Корпускулы , имеющие основанием своего сложения элементы , называются первичными. Корпускулы, имеющие основание своего сложения в других, меньших, чем они корпускулах, суть производные. Корпускулы разнородны, если различаются массою или фигурою, или тем и другим одновременно. В изложении М.В.Ломоносова: Определения корпускул.

Слайд 10

Говорят, что корпускулы сцеплены, когда они так соединены друг с другом, что одна не может двигаться без другой, пока они не будут разделены какой-либо силою. Тело смешанное есть такое, которое образовано производными корпускулами. Лемма II . В телах существую промежутки, не содержащие той материи, из которой тела состоят, и они наполняются какой-то другой нечувствительной жидкой материей. Лемма III . Если две корпускулы или тела, непосредственно взаимно соприкасающиеся, давят друг на друга в противоположных направлениях, то эти тела сцепляются.

Слайд 11

1. Все тела состоят из мельчайших частиц – атомов и молекул. 2. Атомы и молекулы непрерывно и хаотично движутся. Скорость этого движения зависит от температуры. При абсолютном нуле температуры движение атом и молекул прекращается. 3. Молекулы и атомы взаимодействуют между собой. Для сравнения: Основные положения МКТ (современная теория).

Слайд 12

Разработка учения о теплоте. Причиной теплоты Ломоносов считал «коловратное» , т.е. вращательное движение частиц, составляющих тело, а температура и степень нагрева тела являются мерой интенсивности движения частиц. В работе «Размышления о причине теплоты и холода» он обосновал молекулярно-кинетическую теорию теплоты и ряда физических принципов, в частности, существование абсолютного нуля температуры, т.е. температуры, при которой прекращается тепловое движение частиц материи.

Слайд 13

В этой же работе учёный подверг критике теорию теплорода, которая господствовала тогда в науке. Интересно, что представление о теплоте как о виде движения стало общепринятым лишь в 70-х годах 19 века. На основе МКТ теплоты возникла кинетическая теория газов, основные положения которой Ломоносов изложил в работе «О рождении и природе селитры» (1748 г.) . Теория газов, разработанная Ломоносовым, была новым словом в науке и стала основой для дальнейших исследований в 19 веке.

Слайд 14

Современное определение теплоты. Количество теплоты (теплота) Q – эта часть внутренней энергии тела, которое оно получает или отдает в результате теплопередачи. Внутренней энергией тела U вн –называют кинетическую и потенциальную энергию частиц (атомов и молекул), из которых это тело состоит. Кинетическую энергию называют энергией движения. Потенциальную энергию называют энергией взаимодействия частиц. Для сравнения:

Слайд 15

Исследование природы электрических явлений. В пору работы Ломоносова в Петербургской академии наук в ней работали величайшие ученые: гениальный математик Эйлер и изобретатель прибора для измерения электричества (хорошо всем известного как школьный электроскоп) Рихман, который занимался исследованием электрических явлений, в частности молний.

Слайд 16

На очередном торжественном собрании Петербургской академии наук академики Г.В. Рихман и М.В. Ломоносов должны были сделать доклад об электричестве. Но заседание прервали из-за грозы, т.к. Рихман и Ломоносов поспешили в свои лаборатории. Но Рихман на заседание больше не вернулся. 26 июля 1953 г. во время проведения очередного опыта во время грозы Рихман погиб, предположительно от удара шаровой молнии. Ломоносов был потрясен смертью друга, оба занимались изучение грозовых явлений. Он не только продолжает дело Рихмана, но с ещё большим усердием исследует атмосферное электричество. И хлопочет о выделении пенсии семье Рихмана.

Слайд 17

Работы М.В. Ломоносова по электричеству. Ломоносов берётся расследовать причину гибели Рихмана, изучить его установку по поимке молнии и фактически повторить его опыт. 1753 г. Ломоносов публикует «Слово о явлениях воздушных от электрической силы происходящих». Он отвергает мифическое происхождение электричества, говоря, что электричество – это вид материи. Он пишет: «Двояким искусством электрическая сила в телах возбуждается: трением и теплотою… Летающие по воздуху пары солнцем нагреваются и течением воздуха между собой трутся…».

Слайд 18

«Слово о явлениях воздушных от электрической силы происходящих».

Слайд 19

Работы М.В. Ломоносова по электричеству . В следующей своей работе «Изъяснения, надлежащие к слову о электрических воздушных явлениях» Ломоносов подробно описывает результат расследования гибели Рихмана, в этой же работе впервые делает предположение об электрической природе северных сияний. Но основным трудом М.В. Ломоносова по электричеству следует считать вышедшую в 1756 г. работу «Теория электричества, изложенная математически». Рукопись не закончена, но то, что мы имеем, говорит о сильной эволюции взглядов Ломоносова на электричество и вполне соотносится с современными нашими знаниями.

Слайд 20

«Теория электричества, изложенная математически».

Слайд 21

«Теория электричества, изложенная математически». Электрическая сила есть действие, вызываемое легким трением в чувствительных телах и состоящее в силах отталкивательных и притягательных, а также в произведении света и огня. Отталкивательной силой называется электрическая сила, при наличии которой части наэлектризованного тела стремятся отойти друг от друга. Притягательной называется электрическая сила, которую легкие неэлектризованные тела притягиваются к электризованным и наоборот. Ломоносов говорит о двух способах электризации: трением и соприкосновением.

Слайд 22

Чувствительные тела подразделяются на два вида: первично электрические и производно электрические… .. К первичным относятся: янтарь, сера, сургуч, стекло, шелк и др. главным образом смолистые; принимают и распространяют эту силу вода, все металлы и животные, особенно живые.

Слайд 23

Значение работ М.В. Ломоносова по электричеству. Ломоносов утвердил положение о тождественности атмосферного и искусственного электричества. О предопределяющем электрические явления движении частиц эфира. О частицах эфира он пишет: «Так как внутренне строение тел выведывает главным образом химия, то без неё труден, даже невозможен доступ к …раскрытию истиной причины электричества». Электрон будет открыт Томсоном только в 1897 г., а модель атома Резерфордом – в 1911 г.

Слайд 24

Значение работ М.В. Ломоносова по электричеству. В «Теории электричества» Ломоносов определил план исследования электрических явлений: 1. Содержит предварительные данные. 2. Об эфире и огне. 3. О строении чувственных тел. 4. О получении первичного электричества. 5. О получении производного электричества. 6. Объяснение искусственных явлений. 7. Объяснение природных явлений. 8. О будущих успехах учения об электричестве. Очень важно в рассмотрении Ломоносовым света и электричества в контексте его корпускуляно-кинетической теории, единого толкования их волновой природы.

Слайд 25

Оптика. Учение о свете и цвете. В своей работе «Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее» Ломоносов даёт теоретические выводы по результатам своих исследований световых явлений, которое он произнёс публично в собрании Академии наук. По Ломоносову свет — это движение эфира. Эфир бывает голубым, красным, вишнёвым и т.д. Т.е. надо понимать, что мельчайшие частицы эфира отличаются цветом. В современной теории мы говорим о фотонах разного цвета. Одновременно с этим, ранее, Ломоносов говорит о волновой природе света в «Теории электричества». Только в начале 20 века утвердилось мнение, что свет носит двойственную природу.

Слайд 26

Исследования по астрономии. Исследование комет. В своей работе «Изъяснения, надлежащих к слову о электрических воздушных явления» Ломоносов рассматривает движение комет. «Хвосты комет склоняются и нагибаются в приближении к Солнцу, когда боком движутся».

Слайд 27

Позже Ломоносов разрабатывает целую теорию о кометах в работе «Дальнейшее подтверждение о хвостах комет».

Слайд 28

Исследования по астрономии. Открытие атмосферы Венеры. 26 мая 1761 года, наблюдая прохождение Венеры по солнечному диску, М. В. Ломоносов обнаружил наличие у неё атмосферы. Иллюстрации М. В. Ломоносова к рукописи «Явление Венеры на Солнце…». 1761.

Слайд 29

Открытие атмосферы Венеры. Ведя самостоятельные наблюдения в своей домашней обсерватории, Ломоносов обнаружил световой ободок вокруг Венеры. Эффект увидели многие наблюдатели, но только М. В. Ломоносов правильно понял его и объяснил рефракцией солнечных лучей, происходящей в наличествующей у Венеры атмосфере. В астрономии этот феномен рассеяния света, отражение световых лучей при скользящем падении (у М. В. Ломоносова — «пупырь»), получил его имя — « явление Ломоносова ». Интересен и другой эффект, наблюдавшийся астрономами с приближением диска Венеры к внешнему краю диска Солнца или при удалении от него. Данное явление, открытое М. В. Ломоносовым, следует расценивать как зеркальное отражение Солнца атмосферой планеты — особенно велико оно при незначительных углах скольжения, при нахождении Венеры вблизи Солнца.

Слайд 30

Открытие атмосферы Венеры. Труд М. В. Ломоносова «Явление Венеры на Солнце, наблюденное в Санкт-Петербургской Императорской Академии Наук Майя 26 дня 1761 года» был напечатан на русском и немецком языках и, следовательно, были известны в Западной Европе, поскольку публикации Академии рассылались в её крупнейшие научные центры, однако открытие атмосферы на Венере приписывалось И. И. Шретеру и Ф. В. Гершелю.

Слайд 31

ВЫВОДЫ: Опираясь на свои энциклопедические знания, Ломоносов впервые сделал попытку установить связь между тепловыми, химическими, световыми и электрическими процессами, происходящими в природе. Такое логическое единство является следствием понимания им единства природы и существования немногих фундаментальных законов, лежащих в основе целостного многообразия явлений. Значение работ Ломоносова по естественным наукам, в том числе физике и астрономии, в том, что он, опираясь на практические наблюдения и опыты, в своих теоретических работах перевел их на ясный язык математических выкладок, формулировок, чертежей. Это дало возможность его последователям дальше двигаться в научном направлении.

Слайд 32

Использованные источники : Физика. 9 класс. А.В.Перышкин, Е.М.Гутник. Издательство: Дрофа Физика. 8 класс. Перышкин А.В. Издательство: Дрофа Физика 11 класс. Касьянов В.А. Издательство: Дрофа М.В. Ломоносов. Избранные произведения. М. Наука, 1986 г. Интернет: ru.wikipedia.org/wiki/ Ломоносов_М. http://www.naukaran.ru/sb/2003_3-4/09.shtml http://www.proshkolu.ru/user/Olgas28/file/2126139/ http://muzey.mitht.ru/library/lomonosov_i_fizika.html

Ломоносов: уникальные достижения «универсального» человека

Пожалуй, сложно найти более разностороннего и разнопланового деятеля науки в истории России, чем Михаил Васильевич Ломоносов. Современники заслуженно считали его «человеком универсальным» (homo universalis), а потомки по сей день изучают его многотомное наследие. Даже простой перечень его открытий и концепций занял бы немало времени, поэтому мы остановимся буквально на нескольких его идеях. Но для начала заглянем в биографию Михаила Ломоносова – быть может, там хранится секрет такой потрясающей личной эффективности и результативности.

Биография Ломоносова

Михаил Ломоносов родился в ноябре 1711 года в небольшой деревеньке Архангелогородской губернии. Сегодня это село Ломоносово Архангельской области. Читать и писать его научил дьяк местной церкви. Также Ломоносов самостоятельно занимался по учебникам грамматики и арифметики.

Через неделю после получения паспорта в декабре 1730 года он тайно ушел из дома и отправился пешком в Москву, т.к. транспортного сообщения со столицей в те годы не было. Официальная версия гласит, что сделал он это исключительно из тяги к знаниям, но некоторые биографы склонны считать, что катализатором событий послужило решение отца женить достигшего совершеннолетия Михаила.

Пеший переход в Москву занял три недели, а по прибытии Михаил попросился учеником в Славяно-греко-латинскую академию. Он изучил 12-летний курс за 5 лет, после чего получил приглашение на учебу в Академию наук в Петербург. Там Ломоносову пришлось срочно изучать немецкий язык, т.к. в Академии это был один из основных языков преподавания.

За свои успехи в 1736 году Ломоносов был отмечен и отправлен учиться в Германию. Там его наставниками были философ, математик и правовед Христиан Вольф, химик-минеролог Иоганн Фридрих Генкель и другие авторитетные ученые того времени. Параллельно Ломоносов самостоятельно изучал основы стихосложения, иностранные языки (французский и итальянский), живопись, фехтование, хореографию.

По возвращению в Петербург Михаил Ломоносов продолжил изучать естественные науки под руководством профессора Иоганна Аммана, работал над двумя диссертациями (по физике и химии) и в 1745 году в 34-летнем возрасте стал профессором химии.

Достижения Ломоносова в области химии

Т.к. химия была основной официальной специализацией Михаила Ломоносова, остановимся подробнее на его достижениях в этой области. Прежде всего, Ломоносов был ориентирован на практику и отдавал приоритет тем исследованиям, результаты которых могли бы быть полезны на производстве. К слову, адаптация под текущие задачи – один из базовых элементов современных методик ТРИЗ (теории решения изобретательских задач).

В своей работе «Элементы математической химии» Ломоносов предвосхитил современную теорию химического строения вещества. Тот постулат, что свойства вещества зависят от состава молекул и способа соединения атомов в них, будет сформулирован только через 100 лет.

В эпоху Ломоносова понятия «молекулы» не было, поэтому он ввел в рабочий оборот термин «корпускулы», что, в принципе, одно и то же. Ломоносов первым пришел к выводу, что, цитируем: «Корпускулы однородны, если состоят из одинакового числа одинаковых элементов, соединенных одинаковым образом». Атомно-корпускулярную теорию до сих пор считают одним из величайших научных достижений Ломоносова.

Кроме того, Ломоносов первым заявил, что химия как наука должна базироваться на законах природы, в т.ч. физики, количественных измерениях и расчетах. После длительного периода деятельности алхимиков и смешения различных веществ чуть ли не на глазок это было настоящим прорывом.

Химическая лаборатория, созданная под руководством Михаила Васильевича, имела целый арсенал весовых приспособлений, позволяющих проводить измерения с точностью до 0,0003 грамма. Это было большим достижением для середины 18 века. Для точности получаемых результатов опытов Ломоносов использовал химически чистые вещества и реактивы, причем всегда настаивал, что их должно быть в достатке.

Важным достижением Михаила Ломоносова считается открытие им закона сохранения веса (массы) вещества в ходе химических реакций. Правда, есть также основания полагать, что у этого закона нет первооткрывателя в общепринятом смысле слова, и многие ученые пришли к этому выводу независимо друг от друга примерно в одно время, когда наука достигла достаточного для такого открытия уровня.

Но сей факт ни капли не умаляет заслуг Ломоносова, т.к. конкретно для российской науки это открытие было очень важным. В частности, это помогло разобраться в процессах обжига металла, которые имели практическое значение для дальнейшего развития металлургии. В целом же сфера прикладных интересов ученого была очень велика.

Темы и опыты, над которыми работал Ломоносов:

• Растворимость солей при разных температурах.
• Кристаллизация солей из растворов.
• Влияние электрического тока на растворы солей.
• Процессы растворения металла в кислоте.
• Микрокристаллоскопия как метод микрохимического анализа, основанный на образовании кристаллических осадков при действии небольших количеств реактивов.

В итоге Ломоносов установил факт понижения температуры раствора при растворении солей и снижения точки замерзания соляного раствора по сравнению с чистым. Эти и другие работы Ломоносова положили начало физической химии как науки. Именно Ломоносов наметил пути исследования химических процессов методами из физики, и именно он ввел в научный оборот термин «физическая химия».

Исследования Ломоносова в области химии легли в основу многих практических наработок, получивших внедрение в промышленности. Так, Ломоносов разработал технологию варки цветного стекла и производства изделий из него. Она была внедрена на Усть-Рудицкой стекольной фабрике, построенной под руководством и по чертежам Ломоносова в 50-х годах 18 столетия. Таким образом, он проявил себя не только как ученый и изобретатель, но и как успешный менеджер и руководитель.

Также он занимался разработкой рецептуры фарфоровых масс, уделяя особо внимание роли стеклообразного вещества в структуре фарфора. Лабораторные исследования Ломоносова помогли впоследствии наладить выпуск краски на основе отечественного сырья.

Столь обширные исследования требовали нового инструментария и более совершенных технических средств. Ломоносов пополнил технический арсенал приспособлений целым рядом изобретенных им приборов. Это, например, газовый барометр и вискозиметр для определения динамической либо кинематической вязкости вещества. Многие из этих приспособлений еще долгое время использовались в практических целях, а открытые Ломоносовым принципы функционирования этих приборов легли в основу более новых прогрессивных разработок.

Достижения Ломоносова в области физики и астрономии

Ломоносов всегда считал важным опираться в химических опытах на законы природы, поэтому вел немало исследований в области физики и смежных с ней областях: гео- и биофизике, метрологии, астрономии, физике атмосферы, минералогии, физике северных сияний.

Как результат множества исследований, Ломоносов разработал теорию теплоты, предложив молекулярно-кинетическую трактовку тепловых явлений. Проще говоря, объяснил это движением частиц, составляющих материю. На этом основании он предположил возможность существования абсолютного нуля, когда любое движение частиц прекращается.

Основываясь на своей атомно-корпускулярной теории и теории теплоты, он смог объяснить свойства атмосферного воздуха. В частности, он объяснил, почему атмосферный воздух должен быть все более разреженным по мере удаления от земли. А также предположил, что в природе должен существовать предел, при котором воздух не сможет разрежаться далее. К слову, он пришел к выводу о трехслойности атмосферы, что было прорывом для тогдашнего уровня развития науки.

Также Ломоносов занимался изучением природы грозовых разрядов и атмосферного электричества, объяснил причину возникновения электрического разряда в грозовых облаках конвекцией теплого воздуха, поднимающегося от поверхности Земли, и холодного воздуха, спускающегося из верхних слоев атмосферы.

Исследования в области астрономии подтолкнули Ломоносова к мысли усовершенствовать зеркальный телескоп, конструкция которого не менялась со времен Ньютона, для большей точности наблюдений. В итоге, наблюдая 26 мая 1761 года уникальное астрономическое явление прохождения Венеры через солнечный диск, Ломоносов предположил существование атмосферы у поверхности Венеры.

Достижения Ломоносова в области географии, геологии, минералогии

Знания, полученные в Германии, Ломоносов с успехом применил в России. Так, благодаря ему минералогия и геология начали развиваться как самостоятельные направления. Из его личного вклада стоит отметить работы «О слоях земных» и «Первые основания металлургии или рудных дел».

Интересен его вывод относительно того, что тектонические и вулканические процессы имеют одинаковое происхождение, и именно движение земли является причиной образования рудных полезных ископаемых в почве. Для таких выводов нужны были исследования морских глубин, для чего Ломоносовым был разработан оптический батоскоп. В то же время он считал, что уголь, торф и янтарь имеет органическое происхождение, и примерно просчитал время образования различных полезных ископаемых, исходя из того, что они образованы из уже не живущих не земле видов растений и животных.

Помимо этого, Ломоносов разработал классификацию природных льдов по признаку различия температуры льдообразования воды с различной минерализацией. И еще Ломоносов предположил, что льды из Арктики постепенно перемещаются в сторону Атлантики. Последующие наблюдения показали, что климат Арктики действительно меняется, а ледовая шапка постепенно тает.

В 1758 году Ломоносов возглавил Географический департамент Императорской Академии наук и принял личное участие в составлении карт и атласа России. В частности, именно он сделал карту Арктики и просчитал возможность практического использования Северного морского пути.

Но давайте обобщим главные достижения Ломоносова в естественных науках:

• Разработал атомно-корпускулярную теорию и предвосхитил современную теорию химического строения вещества.
• Открыл закон сохранения веса (массы) вещества в ходе химических реакций.
• Заложил основы физической химии как науки.
• Внедрил исчисляемость и измеряемость результатов исследований в химии.
• Изучил растворимость солей, кристаллизацию и свойства соляных растворов.
• Разработал теорию теплоты.
• Изучил свойства атмосферы и открыл существование атмосферы у поверхности Венеры.
• Внес вклад в понимание электрической природы грозовых разрядов.
• Разработал новые приборы для проведения опытов и измерений.
• Усовершенствовал телескоп для астрономических наблюдений.
• Разработал «ночезрительную трубу», т.е. прибор ночного видения.
• Сконструировал прототип подъемного летательного аппарата вертолетного типа.
• Сконструировал оптический батоскоп для исследования морских глубин.

Вклад Ломоносова в развитие гуманитарных наук и системы образования в России как таковой – это тема для отельной статьи. Отметим только, что самым выдающимся достижением является личный вклад Ломоносова в создание Московского университета. Ломоносов в соавторстве с меценатом Иваном Шуваловым подготовил, выражаясь современным языком технико-экономическое обоснование необходимости открытия университета в Москве. Московский университет был открыт в 1755 году.

Самые проницательные читатели наверняка спросят: а где же обещанный секрет такой потрясающей личной эффективности и результативности Ломоносова? Прежде всего, этот секрет заключается в проактивности и любознательности, которые подвигали Ломоносова брать любые доступные знания и браться за любые актуальные исследования.

И, конечно, успеху во многом способствовала его ориентация на практику. Во все времена «пробить» финансирование научных исследований, которые могут принести реальную отдачу, было проще, чем выпросить деньги на некие мертвые теоретические выкладки. Вот такой он был, Ломоносов: «универсальный» человек, сделавший уникальный вклад в отечественную науку!

А вообще, сегодня у каждого есть возможность развить свои способности до потрясающего уровня, используя для этого самые разные инструменты. Мы предлагаем вам прокачать свой мозг с помощью программ «Когнитивистивка» и «ТРИЗ на практике», а также познакомиться с советами и упражнениями для развития мозга.

Желаем удачи и ждем на наших уроках!

Открытия Ломоносова в физике — Великие физики

Главные научные открытия Михаила Васильевича Ломоносова, великого русского учёного, относятся к химии, физике и астрономии.

Ломоносов считал, что в природе не существует ничего такого, что невозможно было бы изучить и понять.

В области физики и химии все объяснения Ломоносова базировались на основе представлений о строении материи.

Корпускулярно-кинетическая теория

В 1741 г. в своей работе «Элементы математической химии» Ломоносов изложил свою корпускулярную теорию строения вещества. Согласно этой теории, все вещества состоят из мельчайших «нечувствительных» частичек. Эти частички неделимы и способны сцепляться друг с другом. А все свойства веществ зависят от свойств этих частичек. Мелкие частицы Ломоносов назвал элементами, а крупные – корпускулами. Вещества различны, потому что корпускулы различаются по своему составу и соединению. Не правда ли, очень похоже на современную атомную теорию строения вещества? Только в теории Ломоносова атомы – это элементы, а молекулы – корпускулы.

Ломоносов считал, что все корпускулы движутся по законам механики. А так как движение корпускул влечёт за собой изменения веществ, то и химические превращения следует изучать физическими и математическими методами.

С помощью своей корпускулярной теории Ломоносов опроверг существовавшую до середины XVIII в. теорию, согласно которой тепло распространялось и передавалось с помощью некой огненной материи, называемой «теплородом». В своей научной работе «О причине теплоты и стужи» Ломоносов писал, что тело может быть горячим или тёплым, потому что в нём происходит внутреннее движение частиц, из которых это тело состоит. И если движение этих частиц полностью прекращается, то наступает наибольшая и последняя степень холода, то есть абсолютный нуль.

Закон сохранения материи

До Ломоносова считалось, что постоянным в природе остаётся лишь количество механического движения. Ломоносов же был убеждён, что если материя убывает где-то в одном месте, то она непременно прибавится в другом.

Закон сохранения материи и движения, сформулированный Ломоносовым, является всеобщим законом естествознания.

Ломоносов считал, что в природе всё происходит так, что если что-то к чему-то прибавилось, то в другом месте это отнимается у чего-то другого. Так, если мы увеличиваем время сна, то мы уменьшаем время бодрствования и т.д.

Так как этот закон был всеобщим, то он был справедлив и для движения. И тело, которое движет своей силой другое тело, столько теряет в своём движении, сколько движения передаёт другому телу.

Под движением Ломоносов понимал не только механическое движение, но и тепловое. Своим законом он объяснял все процессы, происходящие при теплопередаче, и других переходах энергии.

Исследование световых и цветовых явлений

Ломоносов считал, что всё мировое пространство заполнено эфиром. А частицы эфира, как и все корпускулы материального мира, находятся в движении. И это движение бывает трёх видов: поступательное, вращательное и колебательное. И разные виды движений возбуждают разные виды явлений. Вращательное движение частиц является источником тепла, а колебательное – источником света.

Кроме того, он был автором гипотезы о существовании в эфире трёх разных по своим размерам частиц. Каждая из этих групп частиц определяла какой-нибудь основной цвет: красный, жёлтый или голубой. А все остальные цвета по его теории получались при смешении основных.

Электричество

В те времена существовало убеждение, что электричество – это «невесомый флюид», какая-то мифическая жидкость, которая переливается в электризуемое тело. Ломоносов же считал, что электричество — это движение мельчайших частичек материальной субстанции — эфира. Он предполагал, что все природные явления: химические, тепловые, световые и электрические — имеют одинаковую природу. И все они вызываются движением различных частиц материи в эфире.

Большой вклад Ломоносов внёс в изучение происхождения грозовых разрядов. Он доказал с помощью экспериментов, что они имеют электрическую природу.

Ломоносов утверждал, что атмосферное электричество возникает в результате трения капелек воды с пылинками и другими воздушными частичками при перемещении вертикальных восходящих и нисходящих потоков воздуха.

Опыты по физике и химии М.В. Ломоносов проводил в своей лаборатории, которая была открыта в 1748 г. при Академии наук.

Михаила Васильевича Ломоносова можно назвать русским Леонардо да Винчи. Он был создателем русской школы прикладной оптики. Занимался разработками «ночезрительного прибора». Изучая физические свойства водной среды, создал «батоскоп», чтобы можно было видеть дно в реках. Он даже придумал прототип вертолёта.

Его открытия на десятки лет опередили работы других учёных.

Презентация по физике «Ломоносов и его открытия»

Презентация на тему: Ломоносов и его открытия

Скачать эту презентацию

Скачать эту презентацию

№ слайда 1 Описание слайда:

Презентация на конкурс «М.В. Ломоносов – гений земли русской». Труды М.В. Ломоносова по физике и астрономии. Ученица: Варава Марина. Учитель: Шевякова Кира Владимировна. ГОУ ВСШ № 203. Класс: 10е. 900igr.net

№ слайда 2 Описание слайда:

Введение. В 2011 году исполнится 300 лет со дня рождения великого русского учёного М.В. Ломоносова. М.В. Ломоносов – первый русский академик Петербургской АН, член Академии художеств, почётный член Стокгольмской и Болонской академий наук. Основатель Московского государственного университета, который носит имя М.В. Ломоносова.

№ слайда 3 Описание слайда:

Обзор. В презентации представлены основные труды М.В. Ломоносова по физике и астрономии.

№ слайда 4 Описание слайда:

Вклад М.В. Ломоносова в развитие физики и астрономии. Разработка атомистической теории строения вещества. Разработка учения о теплоте. Исследование природы электрических явлений. Учение о свете и цвете. Исследование комет. Астрономическое открытие атмосферы Венеры.

№ слайда 5 Описание слайда:

Молекулярная физика (физика тепловых явлений). Сегодня в школьном курсе физике изучение молекулярной (статистической) физики начинается с того, что дается определение: молекулярная физика – это раздел физики, в котором изучают тепловые явления на основе представления о том, что все тела состоят из микроскопических частиц атом и молекул, т.е. с учетом их внутреннего строения. Однако, чтобы прийти к такому пониманию физики тепловых явлений и строения тел, человечество прошло долгий путь. Большой вклад в формирование физики тепловых явлений и развитию молекулярно-кинетической теории внес М.В. Ломоносов.

№ слайда 6 Описание слайда:

Разработка атомистической теории строения вещества. Новым в этой теории по сравнению с работами предшественников Ломоносова было признание им объективного существования двух различных форм частиц материи – атом (по его терминологии элемента) и молекулы (по его терминологии – корпускулы) как собрания атомов. Уже в одной из первых своих работ – «276 заметок по физике и корпускулярной философии» Ломоносов, выступая против положений Готфрида Лейбница и его последователей, которые утверждали, что в основе всех явлений природы лежат нематериальные духовные сущности, заявлял: «…я твердо уверен, что это мистическое учение должно быть до основания уничтожено моими доказательствами». Идеи Ломоносова о строении всех тел из атомов как материальных частичек опередили науку более чем на сто лет.

№ слайда 7 Описание слайда:

Диссертация М.В. Ломоносова. Свою научную деятельность М.В. Ломоносов начал, учась в Германии в городе Марбурге, под руководством профессора Христиана Вольфа. В марте 1939 года публикуется его диссертация «Физическая диссертация о различии смешанных тел, состоящих в сцеплении корпускул, которую для упражнения написал Михайло Ломоносов, студент математики и философии», в которой заложены основы новой корпускулярной теории строения материи, новой корпускулярной физики и химии.

№ слайда 8 Описание слайда:

Определения корпускул. Корпускулы – сущности сложные, недоступные сами по себе наблюдению, т.е. настолько малы, что совершенно ускользают от взора. Корпускулы, имеющие основанием своего сложения элементы, называются первичными. Корпускулы, имеющие основание своего сложения в других, меньших, чем они корпускулах, суть производные. Корпускулы разнородны, если различаются массою или фигурою, или тем и другим одновременно. Говорят, что корпускулы сцеплены, когда они так соединены друг с другом, что одна не может двигаться без другой, пока они не будут разделены какой-либо силою. Тело смешанное есть такое, которое образовано производными корпускулами. ЛеммаII. В телах существую промежутки, не содержащие той материи, из которой тела состоят, и они наполняются какой-то другой нечувствительной жидкой материей. ЛеммаIII. Если две корпускулы или тела, непосредственно взаимно соприкасающиеся, давят друг на друга в противоположных направлениях, то эти тела сцепляются.

№ слайда 9 Описание слайда:

Основные положения МКТ (современная теория). 1. Все тела состоят из мельчайших частиц – атомов и молекул. 2. Атомы и молекулы непрерывно и хаотично движутся. Скорость этого движения зависит от температуры. При абсолютном нуле температуры движение атом и молекул прекращается. 3. Молекулы и атомы взаимодействуют между собой.

№ слайда 10 Описание слайда:

Разработка учения о теплоте. Причиной теплоты Ломоносов считал «коловратное» , т.е. вращательное движение частиц, составляющих тело, а температура и степень нагрева тела являются мерой интенсивности движения частиц. В работе «Размышления о причине теплоты и холода» он обосновал молекулярно-кинетическую теорию теплоты и ряда физических принципов, в частности, существование абсолютного нуля температуры, т.е. температуры, при которой прекращается тепловое движение частиц материи. В этой же работе учёный подверг критике теорию теплорода, которая господствовала тогда в науке. Интересно, что представление о теплоте как о виде движения стало общепринятым лишь в 70-х годах 19 века. На основе МКТ теплоты возникла кинетическая теория газов, основные положения которой Ломоносов изложил в работе «О рождении и природе селитры» (1748 г.) . Теория газов, разработанная Ломоносовым, была новым словом в науке и стала основой для дальнейших исследований в 19 веке.

№ слайда 11 Описание слайда:

Современное определение теплоты. Количество теплоты (теплота) Q – эта часть внутренней энергии тела, которое оно получает или отдает в результате теплопередачи. Внутренней энергией тела Uвн –называют кинетическую и потенциальную энергию частиц (атомов и молекул), из которых это тело состоит. Кинетическую энергию часто называют энергией движения, т.к. её формула имеет вид: Потенциальную энергию называю энергией взаимодействия частиц.

№ слайда 12 Описание слайда:

Исследование природы электрических явлений. Справедливости ради надо сказать, что в пору работы Ломоносова в Петербургской академии наук, в ней работали величайшие ученые: гениальный математик Эйлер и изобретатель прибора для измерения электричества (хорошо всем известного как школьный электроскоп) Рихман, который занимался исследованием электрических явлений, в частности молний. На очередном торжественном собрании Петербургской академии наук академики Г.В. Рихман и М.В. Ломоносов должны были сделать доклад об электричестве. Но заседание прервали из-за грозы, т.к. Рихман и Ломоносов поспешили в свои лаборатории. Но Рихман на заседание больше не вернулся. 26 июля 1953 г. во время проведения очередного опыта во время грозы Рихман погиб, предположительно от удара шаровой молнии. Ломоносов был потрясен смертью друга, оба занимались изучение грозовых явлений. Он не только продолжает дело Рихмана, но с ещё большим усердием исследует атмосферное электричество. Но и хлопочет о выделении пенсии семье Рихмана.

№ слайда 13 Описание слайда:

Работы М.В. Ломоносова по электричеству. Ломоносов берётся расследовать причину гибели Рихмана, изучить его установку по поимке молнии и фактически повторить его опыт. 1753 г. Ломоносов публикует «Слово о явлениях воздушных от электрической силы происходящих». Он отвергает мифическое происхождение электричества, говоря, что электричество –это вид материи. Он пишет: «Двояким искусством электрическая сила в телах возбуждается: трением и теплотою… Летающие по воздуху пары солнцем нагреваются и течением воздуха между собой трутся…».

№ слайда 14 Описание слайда:

«Слово о явлениях воздушных от электрической силы происходящих».

№ слайда 15 Описание слайда:

Работы М.В. Ломоносова по электричеству. В следующей своей работе «Изъяснения, надлежащие к слову о электрических воздушных явлениях» Ломоносов подробно описывает результат расследования гибели Рихмана, в этой же работе впервые делает предположение об электрической природе северных сияний. Но основным трудом М.В. Ломоносова по электричеству следует считать вышедшую в 1756 г. работу «Теория электричества, изложенная математически». Рукопись не закончена, но то, что мы имеем, говорит о сильной эволюции взглядов Ломоносова на электричество и вполне соотносится с современными нашими знаниями.

№ слайда 16 Описание слайда:

«Теория электричества, изложенная математически».

№ слайда 17 Описание слайда:

«Теория электричества, изложенная математически». Электрическая сила есть действие, вызываемое легким трением в чувствительных телах и состоящее в силах отталкивательных и притягательных, а также в произведении света и огня. Отталкивательной силой называется электрическая сила, при наличии которой части наэлектризованного тела стремятся отойти друг от друга. Притягательной называется электрическая сила, которую легкие неэлектризованные тела притягиваются к электризованным и наоборот. Ломоносов говорит о двух способах электризации: трением и соприкосновением. Чувствительные тела подразделяются на два вида: первично электрические и производно электрические….. К первичным относятся: янтарь, сера, сургуч, стекло, шелк и др. главным образом смолистые; принимают и распространяют эту силу вода, все металлы и животные, особенно живые.

№ слайда 18 Описание слайда:

Значение работ М.В. Ломоносова по электричеству. Ломоносов утвердил положение о тождественности атмосферного и искусственного электричества. О предопределяющем электрические явления движении частиц эфира. О частицах эфира он пишет: «Так как внутренне строение тел выведывает главным образом химия, то без неё труден, даже невозможен доступ к …раскрытию истиной причины электричества». Электрон будет открыт Томсоном только в 1897 г., а модель атома Резерфордом – в 1911 г.

№ слайда 19 Описание слайда:

Значение работ М.В. Ломоносова по электричеству. В «Теории электричества» Ломоносов определил план исследования электрических явлений: 1. Содержит предварительные данные. 2. Об эфире и огне. 3. О строении чувственных тел. 4. О получении первичного электричества. 5. О получении производного электричества. 6. Объяснение искусственных явлений. 7. Объяснение природных явлений. 8. О будущих успехах учения об электричестве. Очень важно в рассмотрении Ломоносовым света и электричества в контексте его корпускуляно-кинетической теории, единого толкования их волновой природы.

№ слайда 20 Описание слайда:

Оптика. Учение о свете и цвете. В своей работе «Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее» Ломоносов он даёт теоретические выводы по результатам своих исследований световых явлений, которое он произнес публично в собрании Академии наук. По Ломоносову свет- это движение эфира. Эфир бывает голубым, красным, вишневым и т.д. Т.е. надо понимать, что мельчайшие частицы эфира отличаются цветом. В современной теории мы говорим о фотонах разного цвета. Одновременно с этим, ранее, Ломоносов говорит о волновой природе света в «Теории электричества». Только в начале 20 века утвердилось мнение, что свет носит двойственную природу.

№ слайда 21 Описание слайда:

Исследования по астрономии. Исследование комет. В своей работе «Изъяснения, надлежащих к слову о электрических воздушных явления» Ломоносов рассматривает движение комет. «Хвосты комет склоняются и нагибаются в приближении к Солнцу, когда боком движутся». Позже Ломоносов разрабатывает целую теорию о кометах в работе «Дальнейшее подтверждение о хвостах комет».

№ слайда 22 Описание слайда:

Исследования по астрономии. Открытие атмосферы Венеры. 26 мая 1761 года, наблюдая прохождение Венеры по солнечному диску, М. В. Ломоносов обнаружил наличие у неё атмосферы. Иллюстрации М. В. Ломоносова к рукописи «Явление Венеры на Солнце…». 1761.

№ слайда 23 Описание слайда:

Открытие атмосферы Венеры. Ведя самостоятельные наблюдения в своей домашней обсерватории, Ломоносов обнаружил световой ободок вокруг Венеры. Эффект увидели многие наблюдатели, но только М. В. Ломоносов правильно понял его и объяснил рефракцией солнечных лучей, происходящей в наличествующей у Венеры атмосфере. В астрономии этот феномен рассеяния света, отражение световых лучей при скользящем падении (у М. В. Ломоносова — «пупырь»), получил его имя — «явление Ломоносова». Интересен и другой эффект, наблюдавшийся астрономами с приближением диска Венеры к внешнему краю диска Солнца или при удалении от него. Данное явление, открытое М. В. Ломоносовым, следует расценивать как зеркальное отражение Солнца атмосферой планеты — особенно велико оно при незначительных углах скольжения, при нахождении Венеры вблизи Солнца.

№ слайда 24 Описание слайда:

Открытие атмосферы Венеры. Труд М. В. Ломоносова «Явление Венеры на Солнце, наблюденное в Санкт-Петербургской Императорской Академии Наук Майя 26 дня 1761 года» был напечатан на русском и немецком языках и, следовательно, были известны в Западной Европе, поскольку публикации Академии рассылались в её крупнейшие научные центры, однако открытие атмосферы на Венере приписывалось И. И. Шретеру и Ф. В. Гершелю. Прохождение Венеры по диску Солнца, 8 июня 2004 года.

№ слайда 25 Описание слайда:

Выводы: Опираясь на свои энциклопедические знания, Ломоносов впервые сделал попытку установить связь между тепловыми, химическими, световыми и электрическими процессами, происходящими в природе. Такое логическое единство является следствием понимания им единства природы и существования немногих фундаментальных законов, лежащих в основе целостного многообразия явлений. Значение работ Ломоносова по естественным наукам, в том числе физике и астрономии в том, что он опираясь на практические наблюдения и опыты, в своих теоретических работах перевел их на ясный язык математических выкладок, формулировок, чертежей. Что дало возможность его последователям дальше двигаться в научном направлении. «Математика ум в порядок приводит», — говорил Михаил Васильевич Ломоносов.

№ слайда 26 Описание слайда:

Источники информации: М.В. Ломоносов. Избранные произведения. М. Наука, 1986 г. Интернет: ru.wikipedia.org/wiki/Ломоносов_М. ru.wikipedia.org›София Киевская Обработка фотографий и сканов: Adobe Photoshop CS2.

Кинетическая молекулярная теория

Кинетическая молекулярная теория

Кинетическая молекулярная теория

---

Постулаты кинетической молекулярной теории

Экспериментальные наблюдения за поведением газов, обсуждаемые до сих пор, могут быть объясняется с помощью простой теоретической модели, известной как кинетическая молекулярная теория .Эта теория основана на следующих постулатах или предположениях.

1. Газы состоят из большого количества частиц, которые ведут себя как твердые сферические частицы. объекты в состоянии постоянного случайного движения.
2. Эти частицы движутся по прямой линии, пока не столкнутся с другой частицей или стенки контейнера.
3. Эти частицы намного меньше, чем расстояние между частицами. Большая часть объема газа, следовательно, пустое пространство.
4. Нет силы притяжения между частицами газа или между частицами и стенки контейнера.
5. Столкновения между частицами газа или столкновения со стенками контейнера идеально эластичный. Никакая энергия частицы газа не теряется при столкновении с другая частица или со стенками емкости.
6. Средняя кинетическая энергия скопления частиц газа зависит от температуры. газа и ничего больше.

Предположения, лежащие в основе кинетической молекулярной теории, можно проиллюстрировать с помощью устройство, показанное на рисунке ниже, которое состоит из стеклянной пластины, окруженной стенками установлен поверх трех вибрационных двигателей. Горстка стальных шарикоподшипников размещена на верхняя часть стеклянной пластины для представления частиц газа.

При включении двигателей стеклянная пластина вибрирует, что заставляет шариковые подшипники двигаться постоянным, случайным образом (постулат 1).Каждый шар движется по прямой, пока он сталкивается с другим шаром или со стенками контейнера (постулат 2). Хотя столкновения часты, среднее расстояние между шарикоподшипниками намного больше чем диаметр шариков (постулат 3). Между ними нет силы притяжения отдельные шарикоподшипники или между шарикоподшипниками и стенками контейнера (постулат 4).

Столкновения, которые происходят в этом аппарате, сильно отличаются от тех, которые происходят когда на пол падает резиновый мяч.Столкновения резинового мяча с пол неэластичный , как показано на рисунке ниже. Часть энергии мяч теряется каждый раз, когда падает на пол, пока в конце концов не остановится. В этом Аппарат, наезды отлично , упругие . У мячей столько же энергия после столкновения по-прежнему (постулат 5).

Любой движущийся объект имеет кинетическую энергию , которая определяется как половина произведения его массы на квадрат скорости.

KE = ¹ / ₂ мв ²

В любой момент некоторые шарикоподшипники этого устройства движутся быстрее других, но система может быть описана средней кинетической энергией . Когда мы увеличиваем «температура» системы за счет увеличения напряжения на двигателях, находим что средняя кинетическая энергия шариковых подшипников увеличивается (постулат 6).

---

Как кинетическая молекула Теория объясняет законы о газе

Кинетическая молекулярная теория может быть использована для объяснения каждого из экспериментальных определены газовые законы.

Связь между P и n

Давление газа возникает в результате столкновения частиц газа со стенками. контейнера. Каждый раз, когда частица газа ударяется о стену, она оказывает на нее силу. Увеличение количества частиц газа в емкости увеличивает частоту столкновения со стенками и, следовательно, давление газа.

Закон Амонтона ( PT )

Последний постулат кинетической молекулярной теории утверждает, что средний кинетический энергия частицы газа зависит только от температуры газа.Таким образом, средний кинетическая энергия частиц газа увеличивается по мере того, как газ становится теплее. Потому что масса этих частиц постоянна, их кинетическая энергия может увеличиваться только в том случае, если средняя скорость частиц увеличивается. Чем быстрее эти частицы движутся при ударе стены, тем большую силу они оказывают на стену. Поскольку сила на столкновение становится больше при повышении температуры, давление газа должно увеличиваться как хорошо.

Закон Бойля ( P = 1/ v )

Газы можно сжимать, потому что большая часть газа — это пустое пространство.Если мы сжать газ без изменения его температуры, средняя кинетическая энергия газа частицы остаются прежними. Нет изменения скорости, с которой движутся частицы, но емкость меньше. Таким образом, частицы перемещаются от одного конца контейнера к другой в более короткий период времени. Это означает, что они чаще ударяются о стены. любой увеличение частоты столкновений со стенками должно приводить к увеличению давление газа. Таким образом, давление газа увеличивается по мере увеличения объема газа. становится меньше.

Закон Чарльза ( V T )

Средняя кинетическая энергия частиц в газе пропорциональна температуре газа. Поскольку масса этих частиц постоянна, частицы должны двигаться быстрее по мере того, как газ становится теплее. Если они будут двигаться быстрее, частицы будут проявлять больше силы на контейнер каждый раз, когда они ударяются о стенки, что приводит к увеличению давление газа.Если стенки контейнера гибкие, он будет расширяться до тех пор, пока давление газа еще раз уравновешивает давление атмосферы. Объем газа поэтому становится больше по мере увеличения температуры газа.

Гипотеза Авогадро ( V N )

С увеличением количества частиц газа частота столкновений со стенками емкость должна увеличиваться. Это, в свою очередь, приводит к увеличению давления газ.Гибкие контейнеры, такие как воздушный шар, будут расширяться до тех пор, пока давление газа не снизится. внутри воздушный шар снова уравновешивает давление газа снаружи. Таким образом, объем газа пропорционально количеству частиц газа.

Закон парциальных давлений Дальтона ( P _t = P ₁ + P ₂ + P ₃ + …)

Представьте, что было бы, если бы к молекулярной динамике добавить шесть шарикоподшипников разного размера. Тренажер.Общее давление увеличилось бы, потому что было бы больше столкновения со стенками контейнера. Но давление из-за столкновений между оригинальные шарикоподшипники и стенки контейнера остались прежними. Там есть в контейнере столько пустого места, что каждый шарикоподшипник ударяется о стенки контейнер так часто в смеси, как если бы был только один вид шарикоподшипника на стеклянной пластине. Общее количество столкновений со стенкой в ​​этой смеси равно поэтому равняется сумме столкновений, которые произошли бы, когда мяч каждого размера подшипник присутствует сам по себе.Другими словами, полное давление смеси газов равно равно сумме парциальных давлений отдельных газов.

---

Законы диффузии и выпотевания Грэма

Некоторые физические свойства газов зависят от его свойств. Один из эти физические свойства можно увидеть при изучении движения газов.

В 1829 году Томас Грэм использовал прибор, подобный показанному на рисунок ниже для изучения диффузии газов скорость, с которой два смесь газов.Этот аппарат состоит из стеклянной трубки, запечатанной с одного конца гипсом, отверстия достаточно большие, чтобы газ мог входить или выходить из трубки. Когда трубка заполнена H ₂ газ, уровень воды в трубке медленно поднимается, т.к. H ₂ молекулы внутри трубки уходят через отверстия в штукатурке быстрее, чем молекулы воздуха могут попасть в трубку. Изучая скорость, с которой уровень воды в этом прибор изменился, Грэм смог получить данные о скорости, с которой различные газы смешанный с воздухом.

Грэм обнаружил, что скорость диффузии газов обратно пропорциональна квадратный корень из их плотностей.

Это соотношение в конечном итоге стало известно как закон диффузии Грэма .

Чтобы понять важность этого открытия, мы должны помнить, что равные объемы разных газов содержат одинаковое количество частиц.В результате количество родинок газа на литр при данной температуре и давлении является постоянным, а это означает, что плотность газа прямо пропорциональна его молекулярной массе. Закон Грэма диффузию поэтому также можно записать следующим образом.

Подобные результаты были получены, когда Грэм изучал скорость излияний газа, которая представляет собой скорость, с которой газ выходит через точечное отверстие в вакуум. скорость истечения газа также обратно пропорциональна квадратному корню из плотность или молекулярный вес газа.

Закон излияния Грэма может быть продемонстрирован с помощью аппарата в рисунок ниже. Откачивают толстостенную фильтровальную колбу с помощью вакуумного насоса. Шприц заполнен 25 мл газа и время, необходимое для выхода газа через шприц игла в откачанную колбу фильтра измеряется секундомером.

Как мы можем видеть, когда данные, полученные в этом эксперименте, представлены на рисунке ниже, время , необходимое для выхода 25-миллилитровых проб различных газов в вакуум, составляет пропорциональна корню квадратному из молекулярной массы газа.Оценка на который истекает, поэтому обратно пропорционален квадратному корню из молекулярный вес. Наблюдения Грэма о скорости, с которой газы диффундируют (смешиваются) или эффузия (утечка через точечное отверстие) предполагает, что относительно легкие частицы газа, такие как H ₂ молекулы или атомы He движутся быстрее, чем частицы относительно тяжелого газа, такие как CO ₂ или SO ₂ молекул.

---

Кинетическая молекулярная теория и законы Грэма

Кинетическая молекулярная теория может быть использована для объяснения результатов, полученных Грэмом, когда он изучал диффузию и истечение газов.Ключ к этому объяснению — последний постулат кинетической теории, который предполагает, что температура системы пропорциональна средней кинетической энергии его частиц и ничего больше. В других словами, температура системы увеличивается тогда и только тогда, когда происходит увеличение средняя кинетическая энергия его частиц.

Два газа, такие как H ₂ и O ₂ , с одинаковой температурой, поэтому должна иметь одинаковую среднюю кинетическую энергию.Это можно представить следующим образом уравнение.

Это уравнение можно упростить, умножив обе части на два.

Затем его можно изменить, чтобы получить следующее.

Извлечение квадратного корня из обеих частей этого уравнения дает связь между отношение скоростей движения двух газов и квадратный корень из отношения их молекулярный вес.

Это уравнение представляет собой модифицированную форму закона Грэма. Это говорит о том, что скорость (или скорость), с которой движутся молекулы газа, обратно пропорциональна квадратному корню из их молекулярные массы.

---

,

kinetic_theory

Кинетическая теория или кинетическая теория газов пытается объяснить макроскопические свойства газов, такие как давление, температура или объем, с учетом их молекулярного состава и движения. По сути, теория утверждает, что давление возникает не из-за статического отталкивания между молекулами, как предполагала Исаак Ньютон, а из-за столкновений между молекулами, движущимися с разными скоростями. Кинетическая теория также известна как кинетико-молекулярная теория или теория столкновений .

Рекомендуемые дополнительные знания

История

В 1738 году швейцарский физик и математик голландского происхождения Даниэль Бернулли опубликовал Hydrodynamica , заложивший основу кинетической теории газов. В этой работе Бернулли изложил аргумент, который все еще используется по сей день, что газы состоят из большого числа молекул, движущихся во всех направлениях, что их воздействие на поверхность вызывает давление газа, которое мы чувствуем, и что то, что мы воспринимаем как тепло, есть просто кинетическая энергия их движения.Теория не была немедленно принята, отчасти потому, что закон сохранения энергии еще не был установлен, и для физиков не было очевидно, как столкновения между молекулами могут быть совершенно упругими.

Другими пионерами кинетической теории были Михаил Ломоносов (1747), Жорж-Луи Ле Саж (1818), Джон Герапат (1820) и Джон Джеймс Уотерстон (1843), которые связали свои исследования с развитием механических объяснений гравитации. Однако современники пренебрегли этими учеными.

Например, Herapath рассмотрел, как система сталкивающихся частиц может вызвать действие на расстоянии . В этом направлении, размышляя о влиянии высоких температур около Солнца на его гравитационных частиц , он пришел к взаимосвязи между температурой и скоростью частиц. Герапат предположил, что импульс частицы в газе является мерой абсолютной температуры газа. Он использовал импульс, а не кинетическую энергию, на которой основана позже установленная теория, поскольку ему казалось, что он позволяет избежать некоторых трудностей, связанных с возможностью упругих столкновений между неделимыми атомами.Очевидно, не зная о работе Даниэля Бернулли, он пришел к неверному, но наводящему на размышления соотношению, которое выражает произведение давления P и объема V , пропорционального квадрату его истинной температуры . Правильное соотношение пропорционально абсолютной температуре, а не ее квадрату, ошибка, возникающая из-за его отождествления с температурой количества движения, а не энергии.

В 1859 году, после прочтения статьи Рудольфа Клаузиуса о диффузии молекул, шотландский физик-математик Джеймс Клерк Максвелл сформулировал максвелловское распределение молекулярных скоростей, которое дало долю молекул, имеющих определенную скорость в определенном диапазоне.Это был первый статистический закон в физике. ^[1] В своей тринадцатистраничной статье «Молекулы» 1875 года, опубликованной в сентябрьском выпуске Nature , Максвелл утверждает: «Нам говорят, что« атом »- это материальная точка, окруженная« потенциальными силами ». и что, когда «летающие молекулы» ударяются о твердое тело в постоянной последовательности, это вызывает то, что называется давлением воздуха и других газов ». ^[2]

Однако в начале двадцатого века многие физики считали атомы чисто гипотетическими конструкциями, а не реальными объектами.Важным поворотным моментом стала статья Альберта Эйнштейна 1905 года о броуновском движении, в которой удалось сделать определенные точные количественные предсказания, основанные на кинетической теории.

Постулаты

Теория идеальных газов делает следующие допущения:

• Газ состоит из очень мелких частиц, каждая из которых имеет массу.
• Количество молекул велико, поэтому можно применить статистическую обработку.
• Эти молекулы находятся в постоянном беспорядочном движении.Быстро движущиеся частицы постоянно сталкиваются друг с другом и со стенками контейнера.
• Столкновения частиц газа со стенками удерживающего их контейнера совершенно упругие.
• Взаимодействия между молекулами незначительны. Они не действуют друг на друга, кроме как во время столкновений.
• Суммарный объем отдельных молекул газа незначителен по сравнению с объемом контейнера. Это эквивалентно утверждению, что среднее расстояние между частицами газа относительно велико по сравнению с их размером.
• Молекулы имеют идеально сферическую форму и эластичны по своей природе.
• Средняя кинетическая энергия частиц газа зависит только от температуры системы.
• Релятивистские эффекты незначительны.
• Квантово-механические эффекты незначительны. Это означает, что расстояние между частицами намного превышает тепловую длину волны де Бройля, и молекулы можно рассматривать как классические объекты.
• Время столкновения молекулы со стенкой контейнера ничтожно мало по сравнению с временем между последовательными столкновениями.
• Уравнения движения молекул обратимы во времени.

Кроме того, если газ находится в контейнере, столкновения со стенками считаются мгновенными и упругими.

Более современные разработки ослабляют эти предположения и основаны на уравнении Больцмана. Они могут точно описывать свойства плотных газов, потому что они включают объем молекул. Необходимые допущения — отсутствие квантовых эффектов, молекулярного хаоса и малых градиентов объемных свойств.Расширения до более высоких порядков по плотности известны как вириальные разложения. Окончательная работа — это книга Чепмена и Энскога, но было много современных разработок, и есть альтернативный подход, разработанный Градом, основанный на моментных расширениях. ^{[ требуется ссылка ]} В другом пределе, для чрезвычайно разреженных газов, градиенты объемных свойств не малы по сравнению с длинами свободного пробега. Это известно как режим Кнудсена, и разложения можно выполнять по числу Кнудсена.

Дженкинс и другие расширили кинетическую теорию, включив в нее неупругие столкновения в гранулированном веществе. ^{[ требуется ссылка ]}

Давление

Согласно кинетической теории, давление возникает из-за силы, оказываемой молекулами газа на стенки контейнера. Рассмотрим газ из N молекул, каждая массой м , заключенных в кубоидальный контейнер объемом V . Когда молекула газа сталкивается со стенкой контейнера перпендикулярно оси координат x и отскакивает в противоположном направлении с той же скоростью (упругое столкновение), то импульс, потерянный частицей и приобретенный стенкой, равен:

, где v _x — составляющая x начальной скорости частицы.

Частица ударяется о стену каждые 2 л / об _x единиц времени (где л — длина контейнера). Хотя частица ударяется о боковую стенку один раз каждые 1 л / об _x единиц времени, учитывается только изменение импульса на одной стенке, так что частица вызывает изменение импульса на конкретной стене каждые 2 л / об _x единиц времени.

Сила, создаваемая этой частицей:

Общая сила, действующая на стену, составляет:

, где суммирование ведется по всем молекулам газа в контейнере.

Величина скорости каждой частицы будет следующей:

Теперь рассмотрим общую силу, действующую на все шесть стен, добавив вклады от каждого направления:

, где множитель два возникает из-за рассмотрения обеих стен в заданном направлении.

Предполагая, что большое количество частиц движется достаточно беспорядочно, сила на каждой из стенок будет примерно одинаковой, и теперь, учитывая силу только на одной стене, мы имеем:

Величину можно записать как, где полоса обозначает среднее значение, в данном случае среднее значение по всем частицам.Эта величина также обозначается где v _{r m s} — среднеквадратичная скорость сбора частиц.

Таким образом, силу можно записать как:

Давление газа, которое является силой на единицу площади, можно записать в виде:

, где A — площадь стены, на которую принимается сила.

Таким образом, поскольку площадь поперечного сечения, умноженная на длину, равна объему, мы имеем следующее выражение для давления

, где В, — объем.Кроме того, поскольку Нм — это общая масса газа, а масса, деленная на объем, — это плотность.

где ρ — плотность газа.

Этот результат интересен и значим, потому что он связывает давление, макроскопическое свойство, со средней (поступательной) кинетической энергией на молекулу (1/2 мв _{среднеквадратичное значение} ² ), что является микроскопическим свойством. Обратите внимание, что произведение давления и объема составляет всего две трети общей кинетической энергии.

Температура и кинетическая энергия

Из закона идеального газа,

(1)

где это Постоянная Больцмана, и абсолютная температура, из приведенного выше результата следует, что температура принимает форму

(2)

и кинетическая энергия системы теперь можно записать как

(3)

Ур.(3) ₁ один из важных результатов кинетической теория: Средняя кинетическая энергия молекул пропорциональна абсолютная температура .

Из уравнения (1) и Уравнение (3) ₁ , у нас есть

(4)

Таким образом, произведение давления и объем на моль пропорционален среднему (поступательная) молекулярная кинетическая энергия.

Уравнение (1) и уравнение.(4) называются «классическими результатами», которые также могут быть получены из статистической механики.

Поскольку есть степени свободы (DOFs) в одноатомной газовой системе с частицы, кинетическая энергия на степень свободы равна

(5)

В кинетической энергии на глубину резкости, постоянная пропорциональности температуры 1/2 раза Постоянная Больцмана. Этот результат связан к теореме о равнораспределении.

Как отмечалось в статье о теплоемкости, двухатомная газы должны иметь 7 степеней свободы, но более легкие газы действуют как будто их всего 5.

Таким образом, кинетическая энергия на кельвин (одноатомный идеальный газ) равна:

• на моль: 12,47 Дж
• на молекулу: 20,7 мкДж = 129 мкэВ

При стандартной температуре (273,15 К) получаем:

• на моль: 3406 Дж
• на молекулу: 5,65 zJ = 35,2 мэВ

Число столкновений со стенкой

Можно подсчитать количество столкновений атомов или молекул со стенкой контейнера на единицу площади в единицу времени.

Предполагая идеальный газ, вывод ^[3] приводит к уравнению для общего числа столкновений в единицу времени на площади:

RMS скорости молекул

Из формулы кинетической энергии можно показать, что

с v в м / с, T в кельвинах и R — газовая постоянная. Молярная масса дана в кг / моль. Наиболее вероятная скорость — 81. [1]

Математическая теория неоднородных газов: изложение кинетической теории вязкости, теплопроводности и диффузии в газах Сидней Чепмен, Т. Г. Коулинг

,

10.7: Кинетико-молекулярная теория — Химия LibreTexts

Законы, описывающие поведение газов, были хорошо установлены задолго до того, как кто-либо разработал согласованную модель свойств газов. В этом разделе мы представляем теорию, объясняющую, почему газы ведут себя именно так. Введенная нами теория также может быть использована для вывода таких законов, как закон идеального газа, из фундаментальных принципов и свойств отдельных частиц.

A Молекулярное описание

Кинетическая молекулярная теория газов объясняет законы, описывающие поведение газов.Разработан в середине 19 века несколькими физиками, включая австрийца Людвига Больцмана (1844–1906), немца Рудольфа Клаузиуса (1822–1888) и англичанина Джеймса Клерка Максвелла (1831–1879), который также известен своими вклад в электричество и магнетизм, эта теория основана на свойствах отдельных частиц, определенных для идеального газа, и фундаментальных концепциях физики. Таким образом, кинетическая молекулярная теория газов дает молекулярное объяснение наблюдений, которые привели к развитию закона идеального газа.Кинетическая молекулярная теория газов основана на следующих пяти постулатах:

пять постулатов кинетической молекулярной теории

1. Газ состоит из большого количества частиц, называемых молекулами (одноатомных или многоатомных), которые находятся в постоянном случайном движении.
2. Поскольку расстояние между молекулами газа намного больше, чем размер молекул, объемом молекул можно пренебречь.
3. Межмолекулярные взаимодействия, отталкивающие или притягивающие, настолько слабы, что ими можно пренебречь.
4. Молекулы газа сталкиваются друг с другом и со стенками контейнера, но эти столкновения совершенно упругие; то есть они не изменяют среднюю кинетическую энергию молекул.
5. Средняя кинетическая энергия молекул любого газа зависит только от температуры, и при данной температуре все газовые молекулы имеют одинаковую среднюю кинетическую энергию.

Хотя молекулы реальных газов имеют ненулевые объемы и действуют друг на друга как силы притяжения, так и отталкивания, пока мы сосредоточимся на том, как кинетическая молекулярная теория газов связана со свойствами газов, которые мы обсуждали.В следующих разделах мы объясним, как эту теорию нужно изменить, чтобы учесть поведение реальных газов.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \) : Визуализация молекулярного движения. Молекулы газа находятся в постоянном движении и сталкиваются друг с другом и со стенкой емкости.

Постулаты 1 и 4 гласят, что молекулы газа находятся в постоянном движении и часто сталкиваются со стенками своих контейнеров. Столкновение молекул со стенками их контейнеров приводит к передаче импульса (импульс) от молекул к стенкам (рис. \ (\ PageIndex {2} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Передача импульса (импульса) от молекулы к стенке контейнера, когда она отскакивает от стены. \ (u_x \) и \ (\ Delta p_x \) — составляющая \ (x \) молекулярной скорости и импульса, передаваемого стенке, соответственно. Стена перпендикулярна оси \ (x \). Поскольку столкновения являются упругими, молекула с той же скоростью отскакивает в противоположном направлении.

Передача импульса стенке перпендикулярно оси \ (x \) при столкновении молекулы с начальной скоростью \ (u_x \) в направлении \ (x \) выражается как:

\ [\ Delta p_x = 2mu_x \ label {10.7.1} \]

Частота столкновений , количество столкновений молекул со стенкой на единицу площади и в секунду, увеличивается с увеличением молекулярной скорости и количества молекул в единице объема.

\ [f \ propto (u_x) \ times \ Big (\ dfrac {N} {V} \ Big) \ label {10.7.2} \]

Давление газа на стену выражается как произведение импульса и частоты столкновений.

\ [P \ propto (2mu_x) \ times (u_x) \ times \ Big (\ dfrac {N} {V} \ Big) \ propto \ Big (\ dfrac {N} {V} \ Big) mu_x ^ 2 \ этикетка {10.2} \ label {10.7.5} \]

Поскольку объемы и межмолекулярные взаимодействия незначительны, постулаты 2 и 3 утверждают, что все газовые частицы ведут себя одинаково, независимо от химической природы составляющих их молекул. В этом суть закона идеального газа, который рассматривает все газы как совокупность частиц, идентичных во всех отношениях, кроме массы. Постулат 2 также объясняет, почему сжимать газ относительно легко; вы просто уменьшаете расстояние между молекулами газа.2} {N}} \ label {10.7.8} \]

, где \ (N \) — количество частиц, а \ (u_i \) — скорость частицы \ (i \).

Соотношение между \ (u _ {\ rm rms} \) и температурой определяется выражением:

\ [u _ {\ rm rms} = \ sqrt {\ dfrac {3RT} {M}} \ label {10.7.9} \]

В уравнении \ (\ ref {10.7.9} \) \ (u _ {\ rm rms} \) имеет единицы измерения в метрах в секунду; следовательно, единицы молярной массы \ (M \) — килограммы на моль, температура \ (T \) выражается в кельвинах, а постоянная идеального газа \ (R \) имеет значение 8.3145 Дж / (К • моль). Уравнение \ (\ ref {10.7.9} \) показывает, что \ (u _ {\ rm rms} \) газа пропорционально квадратному корню из его температуры Кельвина и обратно пропорционально квадратному корню из его молярной массы. Среднеквадратичная скорость газа увеличивается с ростом температуры. При данной температуре более тяжелые молекулы газа имеют меньшую скорость, чем более легкие.

Среднеквадратичная скорость и средняя скорость не сильно отличаются (обычно менее чем на 10%). Однако это различие важно, поскольку среднеквадратичная скорость — это скорость частицы газа, которая имеет среднюю кинетическую энергию.Частицы разных газов при одинаковой температуре имеют одинаковую среднюю кинетическую энергию, а не одинаковую среднюю скорость. Напротив, наиболее вероятная скорость (vp) — это скорость, с которой движется наибольшее количество частиц. Если средняя кинетическая энергия частиц газа линейно увеличивается с повышением температуры, то уравнение \ (\ ref {10.7.8} \) говорит нам, что среднеквадратичная скорость также должна увеличиваться с температурой, поскольку масса частиц постоянна. Следовательно, при более высоких температурах молекулы газа движутся быстрее, чем при более низких температурах, и vp увеличивается.

При данной температуре все газообразные частицы имеют одинаковую среднюю кинетическую энергию, но не одинаковую среднюю скорость.

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Скорость восьми частиц оказалась равной 1.0, 4.0, 4.0, 6.0, 6.0, 6.0, 8.0 и 10.0 м / с. Вычислите их среднюю скорость (\ (v _ {\ rm av} \)) среднеквадратичную скорость (\ (v _ {\ rm rms} \)) и наиболее вероятную скорость (\ (v _ {\ rm m} \)).

Дано: скоростей частиц

Запрошенные: средняя скорость (\ (v _ {\ rm av} \)), среднеквадратичная скорость (\ (v _ {\ rm rms} \)) и наиболее вероятная скорость (\ (v _ {\ rm m } \))

,

6.7: Кинетико-молекулярная теория газов

Законы, описывающие поведение газов, были хорошо установлены задолго до того, как кто-либо разработал когерентную модель свойств газов. В этом разделе мы представляем теорию, объясняющую, почему газы ведут себя именно так. Введенная нами теория также может быть использована для вывода таких законов, как закон идеального газа, из фундаментальных принципов и свойств отдельных частиц.

A Молекулярное описание

Кинетическая молекулярная теория газов объясняет законы, описывающие поведение газов.Разработан в середине 19 века несколькими физиками, включая австрийца Людвига Больцмана (1844–1906), немца Рудольфа Клаузиуса (1822–1888) и англичанина Джеймса Клерка Максвелла (1831–1879), который также известен своими вклад в электричество и магнетизм, эта теория основана на свойствах отдельных частиц, определенных для идеального газа, и фундаментальных концепциях физики. Таким образом, кинетическая молекулярная теория газов дает молекулярное объяснение наблюдений, которые привели к развитию закона идеального газа.Кинетическая молекулярная теория газов основана на следующих пяти постулатах:

1. Газ состоит из большого количества частиц, называемых молекулами (одноатомных или многоатомных), которые находятся в постоянном случайном движении.
2. Поскольку расстояние между молекулами газа намного больше, чем размер молекул, объемом молекул можно пренебречь.
3. Межмолекулярные взаимодействия, отталкивающие или притягивающие, настолько слабы, что ими можно пренебречь.
4. Молекулы газа сталкиваются друг с другом и со стенками контейнера, но эти столкновения совершенно упругие; то есть они не изменяют среднюю кинетическую энергию молекул.
5. Средняя кинетическая энергия молекул любого газа зависит только от температуры, и при данной температуре все газовые молекулы имеют одинаковую среднюю кинетическую энергию.

Рисунок 6.7.1 Визуализация молекулярного движения. Молекулы газа находятся в постоянном движении и сталкиваются друг с другом и со стенкой емкости.

Хотя молекулы реальных газов имеют ненулевые объемы и действуют друг на друга как силы притяжения, так и отталкивания, в данный момент мы сосредоточимся на том, как кинетическая молекулярная теория газов связана со свойствами газов, которые мы обсуждали. В разделе 10.8 мы объясняем, как эту теорию нужно модифицировать, чтобы учесть поведение реальных газов.

Постулаты 1 и 4 гласят, что молекулы газа находятся в постоянном движении и часто сталкиваются со стенками своих контейнеров.Столкновение молекул со стенками их контейнеров приводит к передаче импульса (импульс) от молекул к стенкам (рис. 6.7.2).

Рисунок 6.7.2 Передача импульса (импульс) от молекулы к стенке контейнера, когда она отражается от стенки. \ (u_x \) и \ (\ Delta p_x \) — составляющая \ (x \) молекулярной скорости и импульса, переданного стенке, соответственно. Стена перпендикулярна оси \ (x \). Поскольку столкновения являются упругими, молекула с той же скоростью отскакивает в противоположном направлении.

Передача импульса стенке перпендикулярно оси \ (x \) при столкновении молекулы с начальной скоростью \ (u_x \) в направлении \ (x \) выражается как:

\ [\ Delta p_x = 2mu_x \ label {6.7.1} \]

Частота столкновений , число столкновений молекул со стенкой на единицу площади и в секунду, увеличивается с увеличением молекулярной скорости и количества молекул в единице объема.

\ [f \ propto (u_x) \ times \ Big (\ dfrac {N} {V} \ Big) \ label {6.2} \ label {6.7.5} \]

Поскольку объемы и межмолекулярные взаимодействия незначительны, постулаты 2 и 3 утверждают, что все газовые частицы ведут себя одинаково, независимо от химической природы составляющих их молекул. В этом суть закона идеального газа, который рассматривает все газы как совокупность частиц, идентичных во всех отношениях, кроме массы. Постулат 2 также объясняет, почему сжимать газ относительно легко; вы просто уменьшаете расстояние между молекулами газа.2} {N}} \ label {6.7.8} \]

, где \ (N \) — количество частиц, а \ (u_i \) — скорость частицы \ (i \).

Связь между \ (u _ {\ rm rms} \) и температурой определяется выражением:

\ [u _ {\ rm rms} = \ sqrt {\ dfrac {3RT} {M}} \ label {6.7. 9} \]

В этом уравнении \ (u _ {\ rm rms} \) имеет единицы измерения в метрах в секунду; следовательно, единицы молярной массы \ (M \) — килограммы на моль, температура \ (T \) выражается в кельвинах, а постоянная идеального газа \ (R \) имеет значение 8.3145 Дж / (К • моль).

Уравнение показывает, что \ (u _ {\ rm rms} \) газа пропорционально квадратному корню из его температуры Кельвина и обратно пропорционально квадратному корню из его молярной массы. Среднеквадратичная скорость газа увеличивается с ростом температуры. При данной температуре более тяжелые молекулы газа имеют меньшую скорость, чем более легкие.

Среднеквадратичная скорость и средняя скорость не сильно отличаются (обычно менее чем на 10%). Однако это различие важно, поскольку среднеквадратичная скорость — это скорость частицы газа, которая имеет среднюю кинетическую энергию.Частицы разных газов при одинаковой температуре имеют одинаковую среднюю кинетическую энергию, , а не , одинаковую среднюю скорость. Напротив, наиболее вероятная скорость ( v _p ) — это скорость, с которой движется наибольшее количество частиц. Если средняя кинетическая энергия частиц газа линейно увеличивается с увеличением температуры, то уравнение 6.7.8 говорит нам, что среднеквадратичная скорость также должна увеличиваться с температурой, поскольку масса частиц постоянна.Следовательно, при более высоких температурах молекулы газа движутся быстрее, чем при более низких температурах, и v _p увеличивается.

При заданной температуре все газообразные частицы имеют одинаковую среднюю кинетическую энергию, но не одинаковую среднюю скорость.

Скорость восьми частиц оказалась равной 1.0, 4.0, 4.0, 6.0, 6.0, 6.0, 8.0 и 10.0 м / с. Вычислите их среднюю скорость (\ (v _ {\ rm av} \)) среднеквадратичную скорость (\ (v _ {\ rm rms} \)) и наиболее вероятную скорость (\ (v _ {\ rm m} \)).

Дано: скоростей частиц

Запрошено: средняя скорость (\ (v _ {\ rm av} \)), среднеквадратичная скорость (\ (v _ {\ rm rms} \)) и большинство вероятная скорость (\ (v _ {\ rm m} \))

Стратегия:

Используйте уравнение 6.7.6 для расчета средней скорости и уравнение 6.7.8 для расчета среднеквадратичной скорости. Найдите наиболее вероятную скорость, определив скорость, с которой движется наибольшее количество частиц.

Решение:

Средняя скорость — это сумма скоростей, деленная на количество частиц:

\ [v _ {\ rm av} = \ rm \ dfrac {(1.2} {8}} = 6.2 \; м / с \]

Наиболее вероятная скорость — это скорость, с которой движется наибольшее количество частиц. Из восьми частиц три имеют скорость 6,0 м / с, две — 4,0 м / с, а остальные три частицы имеют разные скорости. Следовательно, \ (v _ {\ rm m} = 6.0 \) м / с. \ (V _ {\ rm rms} \) частиц, которое связано со средней кинетической энергией, больше, чем их средняя скорость.

.