13 Вопрос. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул. Распределение молекул идеального газа во внешнем потенциальном поле. Средняя длина свободного пробега молекул.

Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы

На каждую степень свободы молекулы в среднем приходится одинаковая кинетическая энергия равная 1/2kT.

, i - число степеней свободы.

Распределение молекул идеального газа во внешнем потенциальном поле.

Длина свободного пробега молекулы — это среднее расстояние (обозначаемое ), которое частица пролетает за время свободного пробега от одного столкновения до следующего.

Длина свободного пробега каждой молекулы различна, поэтому в кинетической теории вводится понятие средней длины свободного пробега (<λ>). Величина <λ> является характеристикой всей совокупности молекул газа при заданных значениях давления и температуры.

14 Вопрос. Внутренняя энергия, работа и теплота. Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам идеальных газов.

Во внутреннюю энергию делают вклад следующие виды энергии:

1)Кинетическая энергия хаотического поступательного и вращательного движения молекул.

2)Кинетическая и потенциальная энергия колебания атомов и молекул.

3)Потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия.

4)Энергия электронных оболочек атомов и ионов.

5)Внутренняя энергия.

Изменение внутренней энергии происходит в результате двух процессов:

1.Совершение работы самой системой или внешними силами над ней.

2.Теплообмена.

A= - полная работа.

Теплота - кинетическая часть внутренней энергии вещества, определяемая интенсивным хаотическим движением молекул и атомов, из которых это вещество состоит.

Первое начало термодинамики.

Кол-во теплоты передаваемой системе идет на изменение внутренней энергии системы и на совершение работы.

Q=∆U+A

Для малого изменения состояния системы первое начало термодинамики принимает вид:

δQ=dU+δA

Применение первого начала термодинамики к изопроцессам

Изотермический.

T=const dT=0 dU=0

δQ=δA=pdv

Изохорный.

V=const dV=0 δA=pdV=0

δQ=dU

Изобарный.

p=const

δQ=dU+δA

15 Вопрос. Тепловые двигатели. Холодильные машины. Цикл Карно. Обратимые и необратимые процессы. Второе начало термодинамики. Энтропия. Статистический смысл второго начала термодинамики.

Тепловым двигателем называется устройство, способное превращать полученное количество теплоты в механическую работу.

Холодильные машины - это устройства, в которых за счёт внешней механической работы количество теплоты передаётся от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой, в результате чего температура более холодного тела понижается, а более нагретого повышается.

Цикл Карно — идеальный термодинамический цикл. Тепловая машина Карно, работающая по этому циклу, обладает максимальным КПД из всех машин, у которых максимальная и минимальная температуры осуществляемого цикла совпадают соответственно с максимальной и минимальной температурами цикла Карно. Состоит из 2 адиабатических и 2 изотермических процессов. Одним из важных свойств цикла Карно является его обратимость: он может быть проведён как в прямом, так и в обратном направлении.

Описание процесса:

1.)(изотермическое расширение) Сначала тело имеет температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему кол-во теплоты. При этом объём рабочего тела увеличивается.

2.) Адиабатическое расширение-Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура уменьшается до температуры холодильника.

3.)Изотермическое сжатие-Рабочее тело, имеющее к тому времени температуру , приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься, отдавая холодильнику количество теплоты. 4.)Адиабатическое сжатие-Рабочее тело отсоединяется от холодильника и сжимается без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя.

Процесс перехода системы из одного состояния в другое называются обратимыми если можно провести его в обратном направлении так, что бы и система, и окружающие её тела вернулись в исходное состояние проходя туже самую последовательность промежуточных состояний, но в обратном порядке, если это невозможно процесс называется необратимым.

Второе начало термодинамики - один из осн. законов термодинамики, устанавливающий необратимость реальных термодинамических процессов. Сформулировано как закон природы Карно в 1824, P. Клаузиусом в 1850 и У. Томсоном в 1851 в различных, но эквивалентных формулировках. В формулировке Клаузиуса утверждает, что процесс, при к-ром не происходит никаких изменений, кроме передачи тепла от горячего тела к холодному, необратим, т. е. теплота не может самопроизвольно переходить от более холодного тела к более горячему (принцип Клаузиуса). Согласно формулировке Томсона, процесс, при к-ром работа переходит в тепло без к--л. иных изменений состояния системы, необратим, т. е. невозможно полностью преобразовать в работу всё тепло, взятое от тела, не производя никаких др. изменений состояния системы (принцип Tомсона).

Энтропия – функция состояния термодинамич. системы, характеризующая направление протекания самопроизвольных процессов в этой системе и являющаяся мерой их необратимости. Понятие Энтропия введено в 1865 Р. Клаузиусом для характеристики процессов превращения энергии; в 1877 Л. Больцман дал ему статистич. истолкование. При помощи понятия Энтропия формулируется второе начало термодинамики.

Статистический смысл второго начала термодинамики.

Второе начало термодинамики дает возможность определить, какой из процессов будет протекать самопроизвольно, какое количество работы может быть при этом получено, каков предел самопроизвольного течения процесса.

16 вопрос. Электромагнитные взаимодействия. Электрический заряд. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Электрическое поле точечного заряда. Принцип суперпозиции для электрического поля. Графическое изображение электрического поля.

Электромагнитное взаимодействие — одно из четырёх фундаментальных взаимодействий. Электромагнитное взаимодействие существует между частицами, обладающими электрическим зарядом. С современной точки зрения электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами осуществляется не прямо, а только посредством электромагнитного поля.

Переносчиком электромагнитного взаимодействия является квант электромагнитного поля – фотон.

Электрический заряд — это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии.

Закон Кулона

Модуль силы взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними.

= k

Н апряжённость электрического поля — векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы действующей на неподвижный пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда:

Электрическое поле точечных зарядов

Электрическим полем называется то, что существует в области пространства, в которой на электрически заряженную частицу действует сила, называемая электрической (кулоновской).

Источником ЭП являются электрически заряженные частицы.

Зарядом (электрическим) называется особая характеристика объекта, определяющая его способность создавать ЭП и взаимодействовать с ЭП. Часто «зарядом» называют заряженную частицу, а «точечным зарядом» - материальную точку, имеющую электрический заряд.

Основные свойства электрического заряда:

1. Заряд ИНВАРИАНТЕН – его величина одинакова при измерении в любой инерциальной системе отсчета.

2. Заряд СОХРАНЯЕТСЯ – суммарный заряд изолированной системы тел не изменяется.

3. Заряд АДДИТИВЕН – заряд системы тел равен сумме зарядов отдельных тел.

4. Заряд ДИСКРЕТЕН – заряд любого тела по величине кратен минимальному заряду, который обозначается символом е и равен 1.6 10-19 Кл.

Принцип суперпозиции - напряженность электростатического поля, создаваемого в данной точке системой зарядов, есть сумма напряженностей полей отдельных зарядов.

E= + …

Графическое изображение электрического поля