Molekulová fyzika

Sylabus

- 1. Shrnutí středoškolských poznatků z molekulové fyziky a termiky.

- 2. Základní poznatky z termodynamiky plynů (stavová rovnice ideálního plynu, 1. a 2. věta termodynamická, tepelná kapacita plynů, experimentální pozadí termodynamických poznatků, měření teploty a teplotní stupnice, experimentální pozadí objevu absolutní nuly).

- 3. Vývoj představ o částicové stavbě látek od starověku do 19. století (spekulativní teorie starověku, Keplerův přínos, Daltonova atomová teorie, Gay-Lussacovy zákony, Avogadrův zákon, hypotéza o existenci molekul).

- 4. Základní poznatky o částicové stavbě hmoty (hmotnosti a rozměry atomů a molekul, mikrostruktura plynů, kapalin a pevných látek).

- 5. Kinetická teorie plynů - nový nástroj v rukou fyziků 19. století (základní východiska kinetické teorie, konkrétní aplikace na příkladu tlaku plynu - porovnání s výsledky experimentů).

- 6. („Kinetická“) interpretace vybraných fyzikálních veličin (některé pojmy z teorie pravděpodobnosti, teplota a střední kvadratická rychlost, vnitřní energie jednoatomového plynu, ekvipartiční princip, obecná formulace ekvipartičního principu, aplikace na víceatomový plyn, srovnání teorie s výsledky experimentů, náznak východisek z potíží - nastínění kvantového přístupu, tepelná kapacita plynů, entropie a termodynamická pravděpodobnost).

- 7. Rozdělení molekul plynu v tíhovém poli (barometrická rovnice a její interpretace z hlediska kinetické teorie, Boltzmannův distribuční zákon).

- 8. Rozdělení molekul plynu podle rychlosti (Maxwellovo-Boltzmannovo rozdělení, nejpravděpodobnější rychlost, střední rychlost, rozdělení složek rychlosti, fluktuace).

- 9. Brownův pohyb (náhodná procházka, Einsteinův-Smoluchowského vztah, projevy Brownova pohybu v různých situacích - zrcátko na vlákně, tepelný - Johnsonův šum).

- 10. Transportní jevy v plynech (hustota toku, srážky molekul, difúze, tepelná vodivost, viskózní tok).

- 11. Kapaliny (krátkodosahové uspořádání, nástin problematiky transportních jevů v kapalinách).

- 12. Vlastnosti povrchové vrstvy kapalin (molekulární tlak, povrchové napětí, kapilární jevy, kapilární tlak).

- 13. Roztoky (kapalné roztoky, nepravé roztoky, silně zředěné roztoky, tlak nasycených par nad roztokem, Raoultovy zákony, osmotický tlak, van’t Hoffův zákon, var a tuhnutí roztoků).

Anotace

Přednáška je určena budoucím učitelům fyziky, čemuž je přizpůsobena její struktura a obsah. Při výkladu vlastností látek a dějů, které v nich probíhají, se vychází z plynného stavu, pro který je kvantitativní zpracování základních představ o složení hmoty nejjednodušší.

Hlavní pozornost je věnována základům klasické kinetické teorie plynů. Důraz je kladen na statistický přístup k problematice, stručně je probrána i struktura kapalin a pevných látek a vlastnosti roztoků.

Pozornost je věnována také vlastnostem povrchové vrstvy kapalin a transportním jevům v látkách.