Теоретическая часть. Н73 Молекулярная физика: методические указания к выполнению лабораторных работ ⁄ А.Н

Никиян, А.Н.

Н73 Молекулярная физика: методические указания к выполнению лабораторных работ ⁄ А.Н. Никиян, С.Н. Летута; Оренбургский гос. ун-т. – Оренбург: ОГУ, 2011. – 85 с.

Основное содержание: сборник лабораторных работ составлен в соответствии с типовой программой курса «Молекулярная физика». Каждая работа включает необходимый теоретический материал, позволяющий студентам в компактной форме получить достаточную информацию о физических явлениях и закономерностях, изучаемых в работе. В конце каждой работы приведены контрольные вопросы для самостоятельной работы студентов.

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Молекулярная физика» предназначены для студентов, обучающихся по специальности 010708 «Биохимическая физика» очной формы обучения.

УДК 533(07)

ББК 22.3я 7

© Никиян А. Н.,

Летута С.Н., 2011

© ГОУ ОГУ, 2011

Содержание

1 Лабораторная работа №1. Вводная……………………………...……………….…4

1.1 Теоретическая часть ……………………………………………….………4

1.2 Экспериментальная часть…………………………………...…………… 11

2 Лабораторная работа №2. Определение мощности потерь нагревателя………13

2.1 Теоретическая часть …………………………………………….……..…13

2.2 Экспериментальная часть ………………………………….….…………20

3 Работа №3. Опытные законы идеального газа………………….………………25

3.1 Теоретическая часть ………………………………………….……..……25

3.2 Экспериментальная часть ………………………………………...………31

4 Работа №4. Теплоемкость металлов……………………………………………… 34

4.1 Теоретическая часть ……………………………………………..………34

4.2 Экспериментальная часть ………………………………...………………41

5 Лабораторная работа №5. Теплота плавления, приращение энтропии……..…46

5.1 Теоретическая часть ……………………………………...………………46

5.3 Экспериментальная часть ……………………………..…………………51

6 Лабораторная работа №6. Теплоемкость и теплота парообразования воды….54

6.1 Теоретическая часть…………………………......…………….………… 54

6.2 Экспериментальная часть…………………….……………….………… 61

7 Лабораторная работа №7 Определение отношения С_p/C_vв диапазоне температур………………………………………..………………………………..….……64

7.1 Теоретическая часть………………….…………………………….…… 64

7.2 Экспериментальная часть …………………………………………..……69

8 Лабораторная работа №8 Поверхностное натяжение…………………….…….73

8.1 Теоретическая часть……………………………………………….….… 73

8.2 Экспериментальная часть………………………………………….…… 76

9 Литература, рекомендуемая для изучения темы………………………..………82

Лабораторная работа №1. Вводная

Цель работы:

1) ознакомиться с составом и устройством лабораторного комплекса по молекулярной физике и термодинамике;

2) провести эксперимент «Статистика времени реакции человека».

Теоретическая часть

Молекулярная физика- раздел физики, в котором изучаются свойства тел на основе рассмотрения их молекулярного строения. Задачи молекулярной физики решаются методами физической статистики, термодинамики и физической кинетики, они связаны с изучением движения и взаимодействия частиц (атомов, молекул, ионов), составляющих физические тела.

Первым сформировавшимся разделом молекулярной физики была кинетическая теория газов. В процессе ее развития работами Дж. К. Максвелла, Л. Больцмана, Дж. У. Гиббса была создана классическая статистическая физика.

Количественные представления о взаимодействии молекул (молекулярных силах) начали развиваться в теории капиллярных явлений. Классические работы в этой области А. К. Клеро, П. С. Лапласа, С. Д. Пуассона, К. Ф. Гаусса, Гибсса, И. С. Громеки и других положили начало теории поверхностных явлений. Межмолекулярные взаимодействия бы­ли учтены Й. Д. Ван-дер-Ваальсом при объяснении физических свойств реальных газов и жидкостей.

В начале XX века молекулярная физика вступила в новый этап развития. В рабо­тах Ж. Б. Перрена и Т. Сведберга, М. Смолуховского и А. Эйнштейна, посвященных бро­уновскому движению микрочастиц, были получены доказательства реальности существо­вания молекул. Методами структурного анализа (а впоследствии методами электроногра­фии и нейтронографии) были изучены структура твердых тел и жидкостей и ее изменения при фазовых переходах и изменении температуры, давления и других характеристик. Уче­ние о межатомных взаимодействиях на основе представлений квантовой механики полу­чило развитие в работах М. Борна, Ф. Лондона, В. Гайтлера, а также П. Дебая. Теория пе­реходов из одного агрегатного состояния в другое, намеченная Ван-дер-Ваальсом и У. Томсоном и развитая в работах Гиббса, Л. Д. Ландау и М. Фольмера и их последователей, превратилась в современную теорию образования фазы - важный самостоятельный раздел молекулярной физики. Объединение статистических методов с современными представ­лениями о структуре вещества в работах Я. И. Френкеля, Г. Эйринга, Дж. Д. Бернала и других привело к молекулярной физике жидких и твердых тел.

Круг вопросов, охватываемых молекулярной физикой, очень широк. В ней рас­сматриваются: строение веществ и его изменение под влиянием внешних факторов (дав­ления, температуры, электрического и магнитного полей), явления переноса (диффузия, теплопроводность, вязкость), фазовое равновесие и процессы фазовых переходов (кри­сталлизация, плавление, конденсация и др.), критическое состояние вещества, поверхно­стные явления на границах раздела фаз.

Развитие молекулярной физики привело к выделению из нее самостоятельных разделов: статистической физики, физической кинетики, физики твердого тела, физиче­ской химии, молекулярной биологии. На основе общих теоретических представлений мо­лекулярной физики получили развитие физика металлов, физика полимеров, физика плаз­мы, кристаллофизика, физикохимия дисперсных систем и поверхностных явлений, теория массо- и теплопереноса, физико-химическая механика. При всем различии объектов и ме­тодов исследования здесь сохраняется, однако, главная идея - описание макроскопических свойств вещества на основе микроскопической (молекулярной) картины его строения.