−

где mi и ri – масса и радиус вращения i-й точки, I – момент инерции всего те-

ла относительно выбранной оси вращения. Используя эту формулу, основное уравнение вращательного движения можно записать в виде

Если на вращающееся тело не действуют внешние силы или их результирующий момент равен нулю, то момент импульса тела относительно оси вра-

В изолированной системе полный момент импульса есть величина постоянная. Это есть закон сохранения момента импульса.

2.МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

2.1.ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ГАЗОВ

2.1.1.Предмет молекулярной физики

Молекулярная физика – раздел физики, изучающий физические свойства тел в различных агрегатных состояниях на основе рассмотрения их внутреннего строения.

Доказано, что все тела состоят из мельчайших частиц – атомов и молекул, находящихся в непрерывном хаотичном движении. Об этом движении говорят как о тепловом движении. Теория строения вещества, основанная на этом положении, называется молекулярно-кинетической теорией (МКТ).

Основные положения этой теории заключаются в следующем:

¾все тела состоят из очень большого числа атомов и молекул, находящихся в состоянии хаотического движения;

¾между атомами и молекулами действуют силы взаимного притяжения и отталкивания;

¾ средняя величина кинетической энергии W = m V2 2 хаотически

движущихся атомов и молекул определяет температуру тела; чем больше эта энергия, тем выше температура тела и наоборот.

Все основные положения теории подтверждаются многочисленными опытами (диффузия, броуновское движение и др.). Наряду с МКТ для изучения свойств тела используется и термодинамический метод, в котором процессы, происходящие в телах, рассматриваются с энергетической точки зрения.

2.1.2. Термодинамические параметры

При определении свойств тела обычно используют величины, которые можно найти из опыта. Эти величины, характеризующие состояние тела, назы-

−

вают параметрами состояния. К ним относят температуру, давление, плотность (или для данной массы – объем). Температура – величина, характеризующая степень нагретости тела. Она является физической величиной, характеризующей состояние термодинамического равновесия системы тел. Температура всех частей изолированной системы, находящейся в равновесии, одинакова. Более высокой температурой обладают тела, у которых средняя кинетическая энергия атомов и молекул выше. Эту величину и полагают пропорциональной темпера-

воды при атмосферном давлении.

Коэффициент пропорциональности между температурой вещества и энер-

Определенная так температура всегда постоянная, ее называют абсолютной температурой или температурой по термодинамической шкале. За единицу абсолютной температуры в СИ принят кельвин (К). В этой шкале температура замерзания воды равна 273,15 K. Наряду с абсолютной шкалой на практике

пользуются шкалой Цельсия (t0, C), в которой за нулевую точку принята температура замерзания воды. Таким образом, температура по обеим шкалам свя-

зана соотношением T = t + 273; 150, (10C = 1 K).

Давление, производимое молекулами газа или жидкости на стенки сосуда, обусловлено столкновениями их со стенками сосуда. Сталкиваясь со стенками, они передают им некоторый импульс, его изменение за 1 c определяет силу, действующую на стенку. Сила, отнесенная к единице поверхности, есть давление, производимое на стенку.

Плотность – это отношение массы к объему, обратная ей величина выражает объем единицы массы или удельный объем.

Из перечисленных величин лишь две могут быть заданы произвольно, а третья определяется как функция первых двух.

Функциональная зависимость, связывающая друг с другом давление, объем и температуру (для данной массы), называется уравнением состояния тела и является одним из важнейших соотношений в молекулярной физике.

−

2.1.3. Идеальный газ

Наиболее простыми свойствами, которые можно описать уравнением состояния, обладает газ, находящийся в таких условиях, что взаимодействие между его молекулами можно не учитывать. Такой газ, у которого молекулы можно принять за материальные точки и можно пренебречь их размерами и силами взаимодействия между ними, называют идеальным. Столкновения между молекулами такого газа происходят как столкновения упругих шаров.

2.1.4. Основное уравнение МКТ газов для давления

Выведем уравнение состояния идеального газа. Для этого вычислим давление потока молекул упруго соударяющихся со стенкой (рис. 2.1.1).

За время t к стенке подойдут молекулы, содержащиеся в объеме

В это выражение надо внести поправки. Поскольку движение молекул газа хаотично, то в заданном направлении будет двигаться 1/6 их часть, и вместо n

PV = N1kT + N2kT + … . Так как молекулы каждой компоненты газа занимают

Таким образом, давление смеси газов равно сумме парциальных давлений Pi, то есть давлений которые создавались бы каждой компонентой в данном объеме в отсутствие остальных.