Идеальный газ

Идеальный газ - это физическая модель газа, взаимодействие между молекулами которого пренебрежительно мало. - вводится для математического описания поведения газов. Реальные разреженные газы ведут себя как идеальный газ!  Свойства идеального газа: - взаимодействие между молекулами пренебрежительно мало - расстояние между молекулами много больше размеров молекул - молекулы - это упругие шары - отталкивание молекул возможно только при соударении - движение молекул - по законам Ньютона - давление газа на стенки сосуда - за счет ударов молекул газа

2. Задача на первый закон термодинамике.

Билет № 10

1. Основное уравнение МКТ газов. Связь давления со средней кинетической энергией молекул. Абсолютная температура. Температура - мера средне кинетической энергии молекул.

Абсолютная шкала температур

- введена англ. физиком У. Кельвином - нет отрицательных температур Единица абсолютной температуры в СИ:    [T] = 1K    (Кельвин) Нулевая температура абсолютной шкалы – это абсолютный ноль ( 0К = -273 С ), самая низкая температура в природе.  В настоящее время достигнута самая низкая температура -  0,0001К. По величине 1К  равен  1 градусу по шкале Цельсия.

Связь абсолютной шкалы со шкалой Цельсия

Запомни! В формулах  абсолютная температура обозначается буквой «Т», а температура по шкале Цельсия буквой «t».

После введения абсолютной температуры получаем  новые  выражения для формул:

Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул Давление газа -  основное уравнение МКТ Средняя квадратичная скорость молекул

И как следствие,   закон Авогадро: В равных объемах газов при одинаковых температурах  и давлениях  содержится одинаковое  число молекул. Заметьте, здесь  концентрация молекул также  одинакова!

2. Задача на расчет КПД тепловых движений.

Билет № 11

1. Уравнение состояния идеального газа. Для чего нужно уравнения состояния.

Состояние  газа  произвольной массы  можно охарактеризовать тремя макроскопическими параметрами – объемом, давлением и температурой.  Уравнение состояния идеального газа  устанавливает связь между этими параметрами и используется для изучения тепловых процессов в газах.  Существует несколько  выражений  для уравнения состояния идеального газа: 1. Уравнение Менделеева – Клайперона - характеризует состояние газа при тепловом равновесии

где р  - давление газа (Па) V – объем газа (м3) T – температура газа (К) m – масса газа (кг) М – молярная масса газа (кг/моль) R – универсальная газовая постоянная

где k – постоянная Больцмана Na  - постоянная Авогадро 2. Уравнение Клайперона -  описывает переход газа из одного состояния в другое

где   – параметры газа в момент 1 –

параметры газа в момент 2

Дополнительные формулы

1.  другой вид  уравнения состояния идеального газа

где k - постоянная Больцмана n – концентрация молекул Т – температура газа 2. используя  уравнение состояния идеального газа,  можно получить  формулу для определения плотности газа

3. для смеси газов  справедлив закон Дальтона

где  и т.д. – парциальные давления газов Парциальное давление газа -  это давление одного газа из смеси газов, если бы он один занимал  весь используемый для смеси сосуд

2. Задача на закон Кулона.

Билет № 12

1. Изотермический процесс. Закон Бойля-Мариотта.

Давление (p), объем (V) и температура (T)  являются основными параметрами  состояния газа. Всякое изменение состояния  газа  называется термодинамическим процессом. Термодинамические процессы, протекающие в газе  постоянной  массы  при неизменном значении одного из параметров состояния газа, называютсяизопроцессами.  Изопроцессы  являются идеализированной моделью реального процесса в газе. Изопроцессы подчиняются газовым  законам. Газовые законы   определяют   количественные зависимости  между двумя параметрами газа при неизменном значении третьего.  Газовые законы справедливы  для любых газов и газовых смесей.

Изотермический процесс ( T = const)

Изотермическим процессом называются  изменения  состояния  газа, протекающие при постоянной температуре. Изотермический процесс   в идеальном газе подчиняется закону Бойля-Мариотта:

Для газа данной массы произведение  давления газа на его объем  постоянно, если  температура газа  не меняется.  Формулу закона  можно записать иначе

где  – параметры газа в разные моменты времени Графическое представление изотермического процесса:   -  график, отражающий  изотермический процесс,  называется изотермой.  (математически – это гипербола)

На графиках  представлены изотермы  для разных температур газа, где Т1 меньше Т2.

2. Задача на расчет напряженности электрического поля.

Билет № 13

1. Изобарный процесс. Закон Гей-Люссака.

Изобарный процесс ( p = const )

Изобарным процессом называются  изменения состояния газа, протекающие при постоянном давлении. Изобарный процесс в идеальном газе  подчиняется закону Гей-Люсака:

Для газа данной массы  отношение объема  газа к его температуре постоянно, если  давление газа не меняется. Формулу закона можно записать иначе

где  – параметры газа в разные моменты времени Графическое представление изобарного  процесса:   -  график, отражающий  изобарный  процесс,  называется изобарой.  (математически – это линейная зависимость)

На графиках  представлены изобары   для разных  давлений газа, где р1 меньше р2.

2. Задача на равномерное прямолинейное движение.

Билет № 14

1. Изохорный процесс. Закон Шарля.

Изохорный процесс ( V = const )

Изохорным процессом называются  изменения состояния газа, протекающие при постоянном  объеме. Изохорный процесс в идеальном газе  подчиняется закону Шарля:

Для газа данной массы  отношение  давления   газа к его температуре постоянно, если  объем  газа не меняется. Формулу закона можно записать иначе

где  – параметры газа в разные моменты времени

Графическое представление изохорного  процесса:   -  график, отражающий  изохорный  процесс,  называется изохорой.  (математически – это линейная зависимость)

На графиках  представлены изохоры   для разных  объемов  газа, где V1 меньше V2.

2. Задача на равноускоренное прямолинейное движение.

Билет № 15

1. Внутренняя Энергия. Работа в термодинамике.

ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ

Все тела состоят из молекул, которые непрерывно движутся и взаимодействуют друг с другом.  Они обладают одновременно кинетической и потенциальной энергией. Эти энергии и составляют внутреннюю энергию тела.

Таким образом, внутренняя энергия - это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело. Внутренняя энергия характеризует тепловое состояние тела.

2. Задача на закон сохранения импульса.

Билет № 16

1. Количество теплоты.

КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ

При теплопередаче (теплообмене) внутренняя энергия одних тел уменьшается, а других – увеличивается, без изменения механической энергии тел и без совершения работы. При этом уменьшается внутренняя энергия тела-нагревателя, а внутренняя энергия нагреваемого тела увеличивается .

Процесс теплопередачи характеризуется количеством теплоты.  Количеством теплоты (Q) называется   изменение внутренней энергии тела, происходящее в результате теплопередачи.  Количество теплоты измеряется в системе СИ в джоулях. [Q] = 1Дж. Кроме того,  для измерения количества теплоты (вне системы СИ) используется единица, называемая калорией (кал).  1 калория равна количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 г воды на 1 градус С.  Опытным путем было установлено, что для нагревания 1 г воды на 1 градус требуется  совершить работу в 4,18 Дж, следовательно 1кал = 4,18Дж.

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ ВЕЩЕСТВА

Удельная теплоемкость вещества показывает, какое количество теплоты необходимо, чтобы изменить температуру единицы массы данного вещества на 1°С.  Единица удельной теплоемкости в системе СИ :  [c] = 1Дж/кг·градусС.

Удельную теплоемкость данного вещества можно приближенно считать постоянной величиной. У разных веществ удельная теплоемкость имеет разные значения.

Если одинаковым по массе телам из разных веществ передать одно и то же количество  теплоты, то они нагреются до разной температуры. Вещество с меньшей теплоемкостью нагреется сильнее, а вещество с большей теплоемкостью - слабее.

2. Задача на закон всемирного тяготения.

Билет № 17

1. Первый закон термодинамике. Применение первого закона термодинамике к различным процессам.

2. Задача на законы Ньютона.

Билет № 18

1. Принцип действия тепловых двигателей. КПД тепловых двигателей.

Тепловой двигатель – устройство преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую энергию. Основные части теплового двигателя: нагреватель, рабочее тело и холодильник. Чтобы получить полезную работу, необходимо сделать работу сжатия газа меньше работы расширения. Для этого нужно, чтобы каждому объёму при сжатии соответствовало меньшее давление, чем при расширении. Поэтому газ перед сжатием должен быть охлажден.

ОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ  ( КПД )  ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Для характеристики работоспособности двигателей введено понятие коэффициента полезного действия ( КПД ). Впервые ввел в науку и технику понятие коэффициента полезного действия двигателя французский инженер Сади Карно.

.

Коэффициент полезного действия в процентах равен отношению полезной работы к совершенной.

или же отношению полезной работы к количеству теплоты, выделенной при сгорании топлива..

 

2. Задача на закон сохранения энергии.

Билет № 19

1. Электрический заряд и элементарные частицы. Заряженные тела. Электризация тел. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона.

ЭЛЕКТРОСТАТИКА - раздел электродинамики, изучает покоящиеся электрически заряженные тела. Элементарные частицы могут иметь эл. заряд, тогда они называются заряженными; - взаимодействуют друг с другом с силами, которые зависят от расстояния между частицами, но превышают во много раз силы взаимного тяготения (это взаимодействие называется электромагнитным). Эл. заряд - физич. величина, определяет интенсивность эл/магнитных взаимодействий. Существует 2 знака эл.зарядов: положительный и отрицательный. Частицы с одноименными зарядами отталкиваются, с разноименными - притягиваются. Протон имеет положительный заряд, электрон - отрицательный, нейтрон - электрически нейтрален. Элементарный заряд - минимальный заряд, разделить который невозможно. Чем объяснить наличие электромагнитных сил в природе? - в состав всех тел входят заряженные частицы. В обычном состоянии тела эл. нейтральны (т.к. атом нейтрален), и эл/магн. силы не проявляются. Тело заряжено, если имеет избыток зарядов какого-либо знака: отрицательно заряжено - если избыток электронов; положительно заряжено - если недостаток электронов. Электризация тел - это один из способов получения заряженных тел, например, соприкосновением). При этом оба тела заряжаются , причем заряды противоположны по знаку, но равны по модулю.

Закон сохранения электрического заряда.

В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной. ( ... но, не числа заряженных частиц, т.к. существуют превращения элементарных частиц).

Замкнутая система - система частиц, в которую не входят извне и не выходят наружу заряженные частицы.

Закон Кулона

- основной закон электростатики.

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Когда тела считаются точечными? - если расстояние между ними во много раз больше размеров тел. Если у двух тел есть электрические заряды, то они взаимодействуют по закону Кулона. Единица электрического заряда 1 Кл - заряд, проходящий за 1 секунду через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А. 1 Кл - очень большой заряд. Элементарный заряд:

Коэффициент пропорциональности

Принято записывать коэффициент пропорциональности в законе Кулона в вакууме в виде

где электрическая постоянная

Закон Кулона для величины силы взаимодействия зарядов в произвольной среде (в СИ):

Диэлектрическая проницаемость среды характеризует электрические свойства среды. В вакууме

Таким образом, сила Кулона зависит от свойств среды между заряженными телами.

2. Задача на расчет механической работы.

Билет № 20

1. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиций. Силовые линии электрического поля.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ - существует вокруг электрического заряда, материально. Основное свойство электрического поля: действие с силой на эл.заряд, внесенный в него. Напряженность электрического поля. - количественная характеристика эл. поля. - это отношение силы, с которой поле действует на внесенный точечный заряд к величине этого заряда. - не зависит от величины внесенного заряда, а характеризует электрическое поле!

ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ ( НАЛОЖЕНИЯ ) ПОЛЕЙ

Если в данной точке пространства различные электрически заряженные частицы 1, 2, 3... и т.д. создают электрические поля с напряженностью Е1, Е2, Е3 ... и т.д., то результирующая напряженность в данной точке поля равна геометрической сумме напряженностей.

Силовые линии эл. поля - непрерывные линии, касательными к которым являются векторы напряженности эл.поля в этих точках. Однородное эл.поле - напряженность поля одинакова во всех точках этого поля. Свойства силовых линий: не замкнуты (идут от + заряда к _ ), непрерывны, не пересекаются, их густота говорит о напряженности поля (чем гуще линии, тем больше напряженность).

Графически надо уметь показать эл.поля: точечного заряда, двух точечных зарядов, обкладок конденсатора ( в учебнике есть).

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ заряженного шара.

Есть заряженный проводящий шар радиусом R.

- заряд равномерно рапределен лишь по поверхности шара!  Напряженность эл. поля снаружи:

Напряженность внутри шара:  Е = 0

2. Задача на расчет энергии тела.