Лекции по физике 1 и 2 семестр (лекции 2физика 1 семестр)

Посмотреть архив целиком

Московский Авиационный Институт

















Конспект по физике

Молекулярная физика и

Термодинамика

1 Курс, 1 Семестр.



















Москва

2002г.

Содержание:

Вопрос № 1 Идеальный и реальный газы ” 3

Вопрос № 2 Число степеней свободы ” 3

Вопрос № 3 Первое начало термодинамики ” 4

Вопрос № 4 Изопроцессы ” 5

Вопрос № 5 Теплоёмкость при постоянном объёме и давлении ” 7

Вопрос № 6 Работа при изотермическом расширении ” 8

Вопрос № 7 Работа газа при адиабатическом процессе ” 8

Вопрос № 8 Второе начало термодинамики в формулировках
Клаузиса и Томпсона ” 8

Вопрос № 9 Запись первого начала термодинамики через
энтропию ” 9

Вопрос № 10 Круговые процессы (циклы) ” 9

Вопрос № 11 Методы статистической физики ” 10

Вопрос № 12 Вероятность случайного события ” 11

Вопрос № 13 Среднее значение случайной величины ” 11

Вопрос № 14 Распределение Максвелла молекул газа по
проекциям скорости ” 12

Вопрос № 15 Распределение Максвелла молекул газа по модулю
скорости ” 13

Вопрос № 16 Распределение Максвелла молекул газа по
энергии ” 14

Вопрос № 17 Распределение Максвелла молекул газа по
импульсу ” 14

Вопрос № 18 Наиболее вероятная скорость движения молекул ” 14

Вопрос № 19 Среднеарифметическая и среднеквадратичная
скорости движения молекул ” 15

Вопрос № 20 Распределение Больцмана ” 15

Вопрос № 21 “Явления переноса” 16



Вопрос № 1: Идеальный и реальный газы:

  1. Уравнение состояния идеального газа (три формы записи)

Идеальный газ – это газ, молекулы которого рассматриваются как материальные точки, между которыми отсутствуют силы взаимодействия.

Реальный газ – газ, в котором между молекулами действуют силы притяжения и отталкивания.

Уравнение состояния:

Для фиксированной массы можно записать:

Нормальными – называются условия, при которых давление составляет 101325 Па или 105 Па, температура – 273 К. Число Авогадро = 6,02 1023 моль-

Уравнение состояния для одного моля:

Уравнение состояния для произвольной массы:

a – добавка, необходимая для учёта взаимодействия молекул реального газа.

б – добавка, учитывающая реальные объемы молекул реального газа.

Внутренняя энергия системы:

– то есть полная энергия системы равна сумме кинетической энергии системы, как единого целого, потенциальной энергии молекулярного взаимодействия, энергии электронных оболочек и энергии взаимодействия нуклонов в ядре.

Вопрос № 2: Число степеней свободы:

  1. Закон равномерного распределения по степеням свободы.

  2. Внутренняя энергия идеального газа.

Число независимых координат, которые необходимо задать, что бы полностью определить положение тела в пространстве называют числом степеней свободы. Число степеней свободы складывается из числа поступательных, числа вращательных и числа колебательных степеней свободы.

В одноатомном газе число степеней свободы равно трём, в двухатомном – (три поступательных и две вращательных – жёсткая гантель) равно пяти, в трёх и более – шести.

Закон равного распределения энергии по степеням свободы:

На каждую степень свободы приходится энергия: следовательно

Рассмотрим идеальный газ, состоящий из N молекул:

В реальном газе внутренняя энергия включает в себя ещё и энергию межмолекулярного взаимодействия.

Вопрос № 3: Первое начало термодинамики:

  1. Дифференциальная, интегральная формы записи.

  2. Работа газа.

  3. Теплоёмкость.

    1. Удельная.

    2. Молярная.

    3. Связь.

  4. Запись первого начала термодинамики с учётом теплоёмкостей.

Обмен энергией между термодинамической системой и внешними телами осуществляется двумя путями: совершением работы и теплообменом.

Дифференциальная форма записи первого начала термодинамики:


Интегральная форма записи первого начала термодинамики:

Теплоёмкость:

Физическая величина, численно равная отношению к дифференциалу тела в рассматриваемом термодинамическом процессе называется теплоёмкостью.

зависит от химического состояния вещества, массы тела, термодинамического состояния и от вида процесса, в котором поступает теплота.

Удельная теплоёмкость – это отношение теплоёмкости к массе

Молярная теплоёмкость


Вопрос № 4: Изопроцессы:

  1. Законы для изопроцессов.

    1. Графики.

  2. Адиабатный процесс.

    1. Закон Паусона.


Изохорный процесс:

Объём неизменен.

Изобарный процесс:

Давление неизменно.

Работа в изобарном процессе:

– так как давление неизменно!

Изотермический процесс:

Температура неизменна.


А
диабатический процесс:


где γ – показатель адиабаты.

– уравнение Паусона.

Вопрос № 5: Теплоёмкость при постоянном объёме и давлении:

  1. Вывод уравнения Маера.

Теплоёмкость при постоянном объёме:

Теплоёмкость при постоянном давлении:

Вывод уравнения Маера:

– газовая постоянная численно равна работе, совершаемой одним молем идеального газа при его изобарном нагреве на один градус кельвина.

Физический смысл уравнения Маера заключается в том, что при изобарном нагревании газа к нему необходимо подвести большее количество теплоты, нежели при таком же изохорном.

Вопрос № 6: Работа при изотермическом расширении:

Вопрос № 7: Работа газа при адиабатическом процессе: