Контрольные вопросы

1. Какими физическими величинами характеризуется кинематика и динамика вращательного движения твердого тела?

2. Угловая скорость и угловое ускорение, единицы их измерения?

3. Момент силы, единица его измерения?

4. Что называется моментом инерции тела, единица его измерения? Момент инерции материальной точки.

5. Напишите формулу момента инерции однородного диска относительно оси, проходящей через центр масс диска.

6. От чего зависит момент инерции маховика в данной работе?

7. Сформулируйте основной закон динамики вращательного движения твердого тела, запишите его математические формулы.

8. Напишите формулу кинетической энергии вращающегося твердого тела.

9. Напишите закон сохранения энергии применительно к данной работе.

10.Укажите связь между динамическими величинами, характеризующими поступательное и вращательное движение твердого тела.

Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики: В 3-х т. М.: Наука, 1982. Т.1.

2. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высш. Школа, 1985.

3. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1985.

Лабораторная работа № 19

Определение теплоемкости металлов методом охлаждения

Выполнил студент ______________, группа ___________, дата ____________.

Допуск ______________

Выполнение __________

Зачет ________________

Цель работы: Ознакомиться с основами классической теории теплоемкости кристаллических твердых тел и одним из методов экспериментального определения теплоемкости твердых тел.

Приборы и материалы

№ п\п	Наименование прибора	Цена деления	Предел измерения (хmax)	Точность отсчета (Δхпр)
1	Печь трубчатая	-	-	-
2	Два образца (медный и стальной)	-	-	-
3	Две термопары	-	-	-
4	Секундомер

Теоретические сведения

Для характеристики тепловых свойств тел в термодинамике используется понятие теплоемкости.

Теплоемкостью С тела называется физическая величина, численно равная отношению количества теплоты Q, сообщаемого телу, к изменению Т температуры тела в рассматриваемом термодинамическом процессе:

С = Q / Т (Дж/К)

Значение теплоемкости С зависит от массы тела, его химического состава, термодинамического состояния и процесса, в ходе которого сообщается теплота Q, а также от интервала температуры.

Удельной теплоемкостью называется теплоемкость единицы массы вещества:

, Дж/(кгК).

Удельная теплоемкость не зависит от массы вещества.

Молярной теплоемкостью C_ называется теплоемкость одного моль вещества:

В основе классической теории теплоемкости лежит закон равномерного распределения энергии по степеням свободы: на каждую степень свободы молекулы в среднем приходится одинаковая кинетическая энергия, равная , где k = 1,3810^-23 Дж/К – постоянная Больцмана; Т – абсолютная температура.

Простейшей моделью однородного кристалла является пространственная кристаллическая решетка, в узлах которой помещаются ионы, принимаемые за материальные точки. Ионы совершают колебания около положения равновесия. Если колебания малы, то они могут считаться гармоническими и независимыми друг от друга. Энергия каждого атома слагается из кинетической и потенциальной. Таким образом, среднее значение полной энергии, приходящейся на одну колебательную степень свободы,

.

Каждый атом обладает тремя колебательными степенями свободы, поэтому на него приходится средняя энергия 3kT. Умножив эту величину на число Авогадро N_A = 6,0210²³ моль^–1, найдем внутреннюю энергию 1 моль твердого тела:

U_ = N_A3kT = 3RT,

где R = 8,31 Дж/(мольК) – универсальная газовая постоянная.

Отсюда для молярной теплоемкости твердого тела получим Дж/(мольК). Это закон Дюлонга и Пти. Таким образом, согласно классической теории, молярная теплоемкость кристаллических твердых тел не зависит от температуры.