Молекулярная физика представляет собой раздел физики, изучающий строение и свойства вещества, беспорядочное движение большого числа молекул, то есть изучает основные законы теплового движения материи. Молекулярная физика делится на две большие части - молекулярно - кинетическую теорию (МКТ) и термодинамику (ТД).
Молекулярная физика изучает физические свойства макроскопических систем. Предметом её изучения являются молекулярные формы движения больших совокупностей молекул.
Системой называют конечную область пространства с находящимися в ней физическими объектами исследования.
Граница системы может быть как материальной (стенки сосуда), так и воображаемой; неподвижной или движущейся; проницаемой или непроницаемой. Система характеризуется не только особенностями своей границы, но и физическими или химическими свойствами вещества, находящегося в занимаемой системой области пространства.
Макроскопическими системами называют системы, содержащие большое количество физических объектов. Термодинамические макроскопические системы содержат большое количество молекул (атомов, ионов). Различают разные виды термодинамических систем (ТС): закрытые, открытые, адиабатные и изолированные.
Закрытые ТС это системы, не обменивающиеся веществом с другими системами.
Открытые ТС это системы, обменивающиеся веществом и энергией с другими системами.
Адиабатные ТС это системы, в которых нет теплообмена с другими системами.
Изолированные ТС это системы, не обменивающиеся с другими системами ни энергией, ни веществом.
Для описания макросистем в молекулярной физике используют основные параметры состояния – температуру, давление, объём. Любое теоретическое описание реальных систем возможно только на основе той или иной модели, в которой учитывают определённые особенные свойства, а второстепенными пренебрегают. В молекулярной физике рассматривают следующие основные модели: идеальный газ, реальный газ, идеальная жидкость, реальная жидкость, твердое тело, плазма.
В основе исследования лежат два метода: термодинамический и статистический.
Термодинамический метод. (Основа термодинамики) - метод исследования систем, состоящих из большого числа частиц и оперирующий величинами, характеризующими всю систему в целом (например, объём, давление, температура), не рассматривая микроструктуры системы и проходящих в системе микропроцессов.
Термодинамический метод применим для большинства областей физики, химии и других наук. Термодинамический метод устанавливает связи между макроскопическими характеристиками системы и ничего не говорит о микроструктуре системы, механизмах явлений и т.д.
Недостаток термодинамического метода (независимость от конкретной природы вещества) восполняется статистическим методом, лежащим в основе молекулярной физики.
Статистический метод (основа молекулярной физики) - метод исследования систем из большого числа частиц, оперирующий статистическими закономерностями и средними значениями физических величин, характеризующих всю совокупность частиц, например, средние значения скоростей теплового движения молекул и их энергий.
Процессы, изучаемые молекулярной физикой, являются результатом совокупного действия огромного числа молекул. Поэтому в молекулярной физике оперируют не характеристиками каждой частицы, а некоторыми средними значениями величин, взятыми по всем частицам. Например, температура тела определяется (обусловлена) скоростью беспорядочного движения молекул, но так как в любой момент времени различные молекулы имеют различные скорости, то она может быть выражена через среднее значение скорости движения молекул.
Формулировка второго положения МКТ: частицы вещества совершают беспорядочное движение (называемое также тепловым движением), которое никогда не прекращается. Тепловое движение — процесс хаотичного (беспорядочного) движения частиц, образующих вещество. Чем выше температура, тем больше скорость движения частиц. Чаще всего рассматривается тепловое движение атомов и молекул.
Характерная скорость теплового движения частицы может быть выведена из распределения Максвелла.
Хаотичность — важнейшая черта теплового движения.
Неверно смешивать понятия «Тепловое движение» и «Броуновское движение». Броуновским называется движение видимых взвешенных в веществе частиц; тепловым — движение частиц самого вещества. Тепловое движение является причиной броуновского движения.
