- •Глава I. Физические основы механики
- •§ 1. Введение. Предмет физики. Методы физического исследования
- •§ 2. Роль физики в развитии техники и влияние техники на развитие физики
- •§ 3. Механика и её разделы. Система отсчета. Траектория, длина пути и вектор перемещения
- •§ 4. Скорость
- •§ 5. Ускорение и его составляющие
- •§ 6. Угловая скорость и угловое ускорение
- •Глава II. Динамика материальной точки
- •§ 7. Первый закон Ньютона.Масса. Импульс
- •§ 8. Второй закон Ньютона
- •§ 9. Третий закон Ньютона
- •§ 10. Закон сохранения импульса
- •§ 11. Принцип относительности Галилея. Преобразование Галилея
- •§ 12. Силы в механике
- •§ 13. Энергия. Работа и мощность
- •§ 14. Кинетическая и потенциальная энергия механической системы
- •§ 15. Закон сохранения и превращения энергии
- •§16. Удар абсолютно упругих и неупругих тел
- •Глава III. Механика твердого тела
- •§ 17. Момент инерции
- •§ 18. Кинетическая энергия вращения
- •§ 19. Момент силы. Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела
- •§ 20. Момент импульса и закон его сохранения
- •Глава IV. Основы молекулярной физики
- •§ 21. Основы молекулярно-кинетической теории газов
- •§ 22. Термодинамическое состояние тела
- •§ 23. Идеальный газ
- •§ 24. Уравнение состояния идеального газа
- •§ 25. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов
- •§ 26. Скорости, характеризующие состояние газа
- •§ 27. Средняя длина свободного пробега молекул
- •§ 28. Явления переноса
- •Глава V. Основы термодинамики
- •§ 29. Внутренняя энергия термодинамической системы
- •§ 30. Число степеней свободы
- •§ 31. Первое начало термодинамики
- •§ 32. Работа газа при его расширении
- •§ 33. Теплоемкость
- •§ 34. Молярная теплоемкость при постоянном объеме
- •§ 35. Молярная теплоемкость при постоянном давлении. Уравнение Майера
- •§ 36. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам
- •§ 37. Адиабатический процесс
- •§ 38. Политропические процессы
- •§ 39. Обратимые и необратимые процессы. Круговой процесс (цикл)
- •§ 40. Кпд кругового процесса
- •§ 41. Энтропия
- •§ 42. Второе начало термодинамики
- •§ 43. Третье начало термодинамики
- •§ 44. Тепловые двигатели и холодильные двигатели
- •§ 45. Теорема Карно.Цикл Карно
- •Глава VI. Реальные газы. Жидкости. Твердые тела
- •§ 46. Уравнение Ван-дер-ваальса
- •§ 47. Изотермы реальных газов
- •§ 48. Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение
- •§ 49. Смачивание
- •§ 50. Капиллярность
- •§ 51. Явление капиллярности в быту, природе и технике
- •§ 52. Давление под искривленной поверхностью жидкости
- •§ 53. Кристаллические и аморфные твердые тела
- •§ 54. Изменение агрегатного состояния
- •§ 55. Фазовые переходы
- •§ 56. Диаграмма состояния
§ 22. Термодинамическое состояние тела
Термодинамическое состояние тела (например, газа) характеризуется его массой m, молярной массой μ, давлением , объемомтемпературой(а возможно, и другими величинами, например, определяющими его химический состав). Все эти величины называются термодинамическими параметрами тела.
Однако, как будет видно из дальнейшего, такие параметры, как имеют смысл только тогда, когда тело находится, хотя бы приближенно, в так называемом состоянии термодинамического равновесия (т.д.р.). Так называется состояние, в котором все термодинамические параметры остаются со временем постоянными. Если, например, быстро подогревать газ, как это показано на (рис. 22.1), температура непосредственно подогреваемой части сосуда А окажется выше температуры части В. Не будут равны и давления в частях А и В. В этом случае не имеет смысла понятие температуры Т или давления Р всего газа. Другой пример – впустим в газ пучок быстрых молекул. Ясно, что не имеет смысла говорить о температуре газа до тех пор, пока быстрые молекулы, вследствие ряда столкновений с другими, не приобретут скоростей порядка средней скорости остальных молекул, иначе говоря, пока система не придет в состояние т.д.р.
Рисунок 22.1
В состоянии т.д.р. для каждого вещества термодинамические параметры связаны между собой, так называемым уравнением состояния:
Таким уравнением состояния для идеального газа является уравнение Менделеева – Клапейрона:
(22.1)
Здесь R=8,31 Дж/(мольК) – универсальная газовая постоянная, μ - молярная масса. Для углерода (С) величина μ составляет 12г, для водорода (H2) – 2г, для кислорода (О2) – 32г, для воды (Н2О) – 18г и т.д.
В моле любого вещества содержится одно и то же количество молекул NA, называемое числом Авогадро:
.
Это объясняется тем, что значение моля любого вещества выбрано пропорциональным массе молекулы этого вещества. Масса молекулы может быть получена делением массы моля на число Авогадро:
. (22.2)
Отношение универсальной газовой постоянной R к числу Авогадро (т.е. универсальная, газовая постоянная, приходящаяся на одну молекулу) называется постоянной Больцмана:
. (22.3)
В формулу (22.1) входят еще давление, объем, температура и масса газа.
Давление Р в системе СИ измеряется в ньютонах на квадратный метр или паскалях (Н/м2=Па), объем V – в кубических метрах (м2), масса m – в килограммах (кг), температура T – в кельвинах (К). Абсолютная температура Т отсчитывается от абсолютного нуля (-273,15°С), т.е. Т=t+273,15, где t – температура по Цельсию.
Если количество вещества равно 1 молю, то (22.1) превращается в
. (22.4)
Идеальным газом называется газ, настолько разреженный, что он подчиняется уравнению (22.1) или (22.4). Смысл этого определения состоит, очевидно, в том, что для подчинения уравнению (22.4) газ должен быть достаточно разреженным. Если газ, напротив, сжат до достаточно больших плотностей (так называемый реальный газ), то вместо (22.4) имеем
(22.5)
Это – уравнение состояния реального газа или уравнение Ван-дер-Ваальса. Здесь a и b – постоянные.