КСЕ 1 курс (Тулинов-старший)
.doc
Билет №5 Термодинамика - основной раздел физики, в котором изучение явлений осуществляется на основе: - превращения энергии из одного вида в другой; и - количественных соотношений при таких превращениях. ПЕРВЫЙ ЗАКОН (первое начало) ТЕРМОДИНАМИКИ – изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе ВТОРОЙ ЗАКОН (второе начало) ТЕРМОДИНАМИКИ Первая формулировка (Клаузиус, 1850 год): невозможен процесс, при котором тепло самопроизвольно переходит от тел менее нагретых к телам более нагретым. Вторая формулировка (Томсон, 1851 год): невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет уменьшения внутренней энергии теплового резервуара. Третья формулировка (Оствальд, 1901 год): невозможен вечный двигатель второго рода. Четвертая формулировка: (Клаузиус, 1865 год): все самопроизвольные процессы в замкнутой неравновесной системе происходят в таком направлении, при котором энтропия системы возрастает; в состоянии теплового равновесия она максимальна и постоянна. Несмотря на внешнее различие формулировок, они равноценны. Поскольку энтропия является мерой беспорядка в системе, то на основании второго закона термодинамики можно утверждать, что порядок в макроскопических системах стремится уступить место беспорядку. В 1877 году австрийский физик Больцман дал статистическое обоснование этого закона, указав, что состояния с большей энтропией являются более вероятными. Обратные процессы характеризуются чрезвычайно малой вероятностью и потому не наблюдаются в природе. ТРЕТИЙ ЗАКОН (третье начало) ТЕРМОДИНАМИКИ – абсолютный нуль температуры недостижим. К абсолютному нулю можно лишь асимптотически приближаться, никогда не достигая его.
|
Билет №6
Материя - объективная реальность, данная нам в ощущениях. Считается, что материя существует либо в виде вещества, либо в виде поля. Формами существования материи являются пространство и время. Вещество́ — форма материи, в отличие от поля, обладающая массой покоя. Вещество состоит из частиц — фермионов, среди которых чаще всего встречаются электроны, протоны и нейтроны. По́ле — одна из форм материи, характеризующая все точки пространства и обладающая бесконечным числом степеней свободы. Каждой точке пространства при этом присваивается определеннная физическая величина. Эта величина, как правило, меняется при переходе от одной точки к другой. В зависимости от математического вида этой величины выделяют скалярные, векторные, тензорные и спинорные поля. В зависимости от своей природы поля делятся на электромагнитные, гравитационные, волновые (квантованные) и поля ядерных сил. Проявляются поля в виде взаимодействия тел (при этом сила взаимодействия определяется различными характеристиками тел: массой для гравитационного поля, зарядом для электромагнитного и т. д.), которые в квантовой физике объясняются передачей спецефичных для каждого типа поля частиц (фотонов для электромагнитного, гипотетических гравитонов для гравитационного и т. д.). Долгое время считалось, что поле является только наглядным теоретическим объяснением таких явлений, как световые волны, пока в 1887 Генрих Рудольф Герц не доказал существование электромагнитного поля экспериментально.
|
Билет №7 ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ Закон сохранения энергии — фундаментальный закон природы, заключающийся в том, что энергия замкнутой системы сохраняется во времени. Проще говоря, энергия не может возникнуть из ничего и не может в никуда исчезнуть, она может только переходить из одной формы в другую. Закон сохранения энергии встречается в различных разделах физики и проявляется в сохранении различных видов энергии. Например, в классической механике закон проявляется в сохранении механической энергии (суммы потенциальной и кинетической энергий). В термодинамике закон сохранения энергии называется первым началом термодинамики и говорит о сохранении энергии в сумме с тепловой энергией. превращение тепловой энергии в механическую Этот процесс реализуется в тепловых машинах, которые широко используются в мех. движении. Для всех тепловых машин есть КПД, который показывает какая доля идет на движение. КПД=(Т1-Т2)/Т1. Потенциальная энергия — часть механической энергии системы тел; работа, которую необходимо совершить против действующих сил, чтоб перенести тело из некой точки отсчёта в данную точку. Из определения понятно, что величина потенциальной энергии — относительна. Она отсчитывается от некой точки пространства, выбор которой определяется удобством дальнейших вычислений. Понятно, также, что корректное определение потенциальной энергии может быть дано только в поле сил, работа которых зависит только от начального и конечного положения тел, но не от пути их перемещения. Кинети́ческая эне́ргия — энергия механической системы, зависящая от скоростей движения её точек. Часто выделяют кинетическую энергию поступательного и вращательного движения.
|
Билет №8 Термодинами́ческая энтропи́я S, часто просто именуемая энтропия, в химии и термодинамике является мерой количества энергии в физической системе, которая не может быть использована для выполнения работы. Она также является мерой беспорядка, присутствующего в системе. Второе начало термодинамики, примененное для описания необратимых процессов, позволяет сформулировать закон возрастания энтропии, который однозначно устанавливает характер изменения энтропии в изолированной термодинамической системе. Этот закон описывает самопроизвольное стремление изолированной системы к состоянию термодинамического равновесия. В адиабатически изолированной термодинамической системе энтропия не может убывать: она или сохраняется, если в системе происходят только обратимые процессы, или возрастает, если в системе протекает хотя бы один необратимый процесс. Понятие энтропии было впервые введено в 1865 году Рудольфом Клаузиусом. Он определил изменение энтропии термодинамической системы при обратимом процессе как отношение изменения общего количества тепла ΔQ к величине абсолютной температуры T:
Энтропия как мера беспорядка Мы можем смотреть на энтропию и как на меру беспорядка в системе. Это оправдано, потому что мы думаем об «упорядоченных» системах как о системах, имеющих очень малую возможность конфигурирования, а о «беспорядочных» системах, как об имеющих очень много возможных состояний. Рассмотрим, например, набор 10 монет, каждая из которых может находиться либо в состоянии «орёл», либо в состоянии «решка». Наиболее «упорядоченным» макроскопическим состоянием будет являться или 10 «орлов», или 10 «решек»; для каждого результата в каждом случае имеется только одна возможная конфигурация. И наоборот, наиболее «неупорядоченное» состояние содержит 5 «орлов» и 5 «решек», и здесь 10C5 = 252 способов для получения этого результата .
|
Билет №10 При́нцип относи́тельности — фундаментальный физический принцип, согласно которому все физические процессы в инерциальных системах отсчёта протекают одинаково, независимо от того, неподвижна ли система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения. Отсюда следует, что все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчёта. Различают принцип относительности Эйнштейна (который приведён выше) и принцип относительности Галилея, который утверждает то же самое, но не для всех законов природы, а только для законов механики. Отцом принципа относительности считается Галилео Галилей, который обратил внимание на то, что находясь в замкнутой физической системе, невозможно определить, покоится эта система или равномерно движется.. Идеи Галилея нашли развитие в механике. Однако с развитием электродинамики оказалось, что законы электромагнетизма и законы механики плохо согласуются друг с другом. Эти противоречия привели к созданию Эйнштейном Специальной теории относительности. После этого обобщённый принцип относительности стал называться «принципом относительности Эйнштейна», а его механическая формулировка — «принципом относительности Галилея». Постулаты Эйншейна:
|
Билет №11 Следствия СТО:: 1)теория относительности Эйн. применима для вещественной материи, только если эти тела движутся оч быстро(скорость света) 2)В природе нет скоростей, больших скорости света 3)Изменение представлений о пространстве и времени.
|
|
Билет №12 Опыт Резерфорда Первые прямые эксперименты по исследованию внутренней структуры атомов были выполнены Э. Резерфордом и его сотрудниками Э. Марсденом и Х. Гейгером в 1909–1911 годах. Резерфорд предложил применить зондирование атома с помощью α-частиц, которые возникают при радиоактивном распаде радия и некоторых других элементов. Масса α-частиц приблизительно в 7300 раз больше массы электрона, а положительный заряд равен удвоенному элементарному заряду. В своих опытах Резерфорд использовал α-частицы с кинетической энергией около 5 МэВ (скорость таких частиц очень велика – порядка 107 м/с, но она все же значительно меньше скорости света). α-частицы – это полностью ионизированные атомы гелия. Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжелых элементов (золото, серебро, медь и др.). Электроны, входящие в состав атомов, вследствие малой массы не могут заметно изменить траекторию α-частицы. Рассеяние, то есть изменение направления движения α-частиц, может вызвать только тяжелая положительно заряженная часть атома. От радиоактивного источника, заключенного в свинцовый контейнер, α-частицы направлялись на тонкую металлическую фольгу. Рассеянные частицы попадали на экран, покрытый слоем кристаллов сульфида цинка, способных светиться под ударами быстрых заряженных частиц. Сцинтилляции (вспышки) на экране наблюдались глазом с помощью микроскопа. Наблюдения рассеянных α-частиц в опыте Резерфорда можно было проводить под различными углами φ к первоначальному направлению пучка. Было обнаружено, что большинство α-частиц проходит через тонкий слой металла, практически не испытывая отклонения. Однако небольшая часть частиц отклоняется на значительные углы, превышающие 30°. Очень редкие α-частицы (приблизительно одна на десять тысяч) испытывали отклонение на углы, близкие к 180°. Этот результат был совершенно неожиданным для Резерфорда. Он находился в резком противоречии с моделью атома Томсона, согласно которой положительный заряд распределен по всему объему атома. При таком распределении положительный заряд не может создать сильное электрическое поле, способное отбросить α-частицы назад. Электрическое поле однородного заряженного шара максимально на его поверхности и убывает до нуля по мере приближения к центру шара. Если бы радиус шара, в котором сосредоточен весь положительный заряд атома, уменьшился в n раз, то максимальная сила отталкивания, действующая на α-частицу по закону Кулона, возросла бы в n2 раз. Следовательно, при достаточно большом значении n α-частицы могли бы испытать рассеяние на большие углы вплоть до 180°.
|
Билет №12(продолжение)
Эти соображения привели Резерфорда к выводу, что атом почти пустой, и весь его положительный заряд сосредоточен в малом объеме. Эту часть атома Резерфорд назвал атомным ядром. Так возникла ядерная модель атома. Таким образом, опыты Резерфорда и его сотрудников привели к выводу, что в центре атома находится плотное положительно заряженное ядро, которое содержит весь положительный заряд и не менее 99,95 % его массы. Заряд ядра должен быть равен суммарному заряду всех электронов, входящих в состав атома. Впоследствии удалось установить, что если заряд электрона принять за единицу, то заряд ядра в точности равен номеру данного элемента в таблице Менделеева. Опираясь на классические представления о движении микрочастиц, Резерфорд предложил планетарную модель атома. Согласно этой модели, в центре атома располагается положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома. Атом в целом нейтрален. Вокруг ядра, подобно планетам, вращаются под действием кулоновских сил со стороны ядра электроны .Находиться в состоянии покоя электроны не могут, так как они |
Билет №1 Существовали два противоположных представления о структуре материального мира. Одно из них - континуальная концепция Аристотеля - базировалось на идее непрерывности, внутренней однородности, что, по-видимому, было связано с непосредственными чувственными впечатлениями, которые производят вода, воздух, свет и т.п. Материю, согласно этой концепции, можно делить до бесконечности, и это является критерием ее непрерывности. Заполняя все пространство целиком, материя не оставляет пустоты внутри себя. Другое представление - корпускулярная концепция Демокрита - было основано на дискретности пространственно-временного строения материи, "зернистости" реальных объектов и отражало уверенность человека в возможность деления материальных объектов на части лишь до определенного предела - до атомов1, которые в своем бесконечном разнообразии (по величине, форме, порядку) сочетаются различными способами и порождают все многообразие объектов и явлений реального мира. При таком подходе необходимым условием движения и сочетания реальных атомов является существование пустого пространства. Таким образом, корпускулярный мир Демокрита образован двумя фундаментальными началами - атомами и пустотой, а материя при этом обладает атомистической структурой. Атомы по представлению древних греков не возникают и не уничтожаются, их вечность проистекает из бесконечности времени.
|
Билет №1(продолжение)
В качестве первичных «элементов» Аристотель принимал землю, воздух, огонь и воду. Эти элементы по Аристотелю строились из противоположностей. Например, земля соответствовала соединению «сухого» с «холодным». По Аристотелю Вселенная состоит из ряда концентрических хрустальных сфер, которые движется с разными скоростями и приводятся в движение крайней сферой не подвижных звезд. В центре Вселенной находится неподвижная шарообразная Земля. Вокруг Земли по концентрическим окружностям вращаются планеты. Область между Луной и Землей (подлунный мир) является областью беспорядочных неравномерных движений. В подлунном мире все тела, по Аристотелю, состоят из четырех элементов: земля, вода, воздух и огонь. В надлунном мире (область между Луной и сферой неподвижных звезд) все движения равномерные и упорядоченные. Сами звезды состоят из пятого, наиболее совершенного элемента, эфира. Обратим внимание на высказывание о шарообразном строении Земли. Это утверждение Аристотеля не имело в его время никаких экспериментальных доказательств и на многие столетия опередило практику. Демокрит, великий ученый древности, говорил, что белесоватая полоса, протянувшаяся через все небо, которую мы называем Млечным Путем, есть в действительности соединение света множества невидимых по отдельности звезд.Демокрит попытался применять свою теорию для объяснения происхождения и развития Вселенной. По Демокриту, Вселенная бесконечна и бесконечно в ней количество миров. Организмы возникли под влиянием механических причин. Человек – скопление атомов и отличается от других существ наличием души. Демокрит также связывает душу с дыханием.
|
Билет №2
Эпоха Возрождения (особенно 16 в.) отмечена крупными сдвигами в области естествознания. Его развитие, непосредственно связанное в этот период с запросами практики (торговля, мореплавание, строительство, военное дело), облегчалось первыми успехами нового, антидогматичного мировоззрения. Специфической особенностью науки этой эпохи была тесная связь с искусством; процесс преодоления религиозно-мистических абстракций и догматизма средневековья протекал одновременно и в науке и в искусстве, объединяясь иногда в творчестве одной личности (особенно яркий пример – творчество Леонардо да Винчи – художника, учёного, инженера). Наиболее крупные победы естествознание одержало в области астрономии, географии, анатомии. Большое влияние на развитие всех отраслей естествознания оказали труды Галилео Галилея. Он вошёл в историю науки и философии как один из основоположников современного естествознания и экспериментального метода познания. Он развил и упрочил материалистическое воззрение на природу. Галилей утверждал, что бесконечный и вечный мир построен из неизменных атомов, движущихся по незыблемым законам механики, и его познание в конечном счёте сводится к раскрытию количественных математических отношений; математика, естественно, рассматривалась им как высшая форма познания. Выдвигая на первый план метод индукции и анализ, он подчёркивал значение синтетической работы человеческого ума. Церковь ясно поняла, какую страшную опасность для религиозного мировоззрения представляет учение Галилея, и он подвергся жестоким преследованиям инквизиции. Декарт оказал огромное влияние на развитие философии и естествознания. Декарт более, чем кто-либо из философов, способствовал развитию рационализма. Его физические воззрения в своей основе были материалистическими, но имели механистический характер и способствовали распространению механистических взглядов в естествознании. Основное содержание физического учения Декарта сводится к следующим положениям.1) Материя тождественна протяжённости. Единая материальная субстанция, из которой построена вся вселенная, состоит из бесконечно делимых и полностью заполняющих пространство частиц-корпускул, находящихся в состоянии непрерывного движения. Декарт отрицал пустоту. Движение материи трактуется им как перемещение в пространстве в соответствии с законами механики.
Билет №3 Классическая механика — вид механики (раздела физики, изучающей законы изменения положений тел и причины, это вызывающие), основанный на 3 законах Ньютона и принципе относительности Галилея. Поэтому её часто называют «Ньютоновской механикой». Важное место в классической механике занимает существование инерциальных систем. Классическая механика подразделяется на статику (которая рассматривает равновесие тел) и динамику (которая рассматривает движение тел).
В рамках классической механики, гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона, который гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя телами массы m1 и m2, разделённых расстоянием R есть , где— гравитационная постоянная, равная м3/(кг с2). Знак минус означает, что сила, действующая на тело, всегда противоположна по направлению радиус-вектору, направленному на тело, т. е. гравитационное взаимодействие приводит всегда к притяжению любых тел.
|
Билет №2(продолжение)
Он не допускал возможностей действия тел на расстоянии, так называемого дальнодействия. Чтобы избежать признания непостижимых сил, лишённых протяжённости, и в то же время объяснить взаимодействие тел, он выдвинул теорию «вихрей». В процессе механического «вихревого» движения возникают связь и взаимодействие между телами природы. Согласно Декарту, количество движения в мире постоянно, движение неуничтожимо. Этот тезис Декарта бил по теологическим попыткам объяснять природные явления божественным вмешательством и имел важное значение для их научного познания. В бесконечном мире вихреобразно движущиеся частицы сочетаются друг с другом; по законам механики происходит упорядочение, объединение частиц, и естественным путём возникают все тела природы. В конечном итоге природа – это огромный механизм, а все тела, её составляющие, все качества этих тел сводятся к чисто количественным различиям.2) Образование мира не направляется никакой сверхъестественной силой, не идёт в направлении какой-то цели, а подчинено естественным законам природы. Особенно интересно, что Декарт аналогичным образом пытается подойти и к вопросу о происхождении организмов, которые, с его точки зрения, также являются механизмами, сформировавшимися по законам механики. Декарту принадлежат смелые и гордые слова: «Дайте мне материю и движение, и я построю мир». В своём труде «Об обращениях небесных сфер» Коперник утверждал, что Земля не является центром мироздания и что «солнце, как бы восседая на Царском престоле, управляет вращающимся вокруг него семейством светил». Это был конец старой аристотелевско-птолемеевской геоцентрической системы мира. На основе большого числа астрономических наблюдений и расчётов Коперник создал новую, гелиоцентрическую систему мира, что явилось первой в истории человечества научной революцией. Возникло принципиально новое миропонимание, которое возникло из того, что Земля – одна из планет, движущихся вокруг Солнца по круговым орбитам. Совершая обращения вокруг солнца, Земля одновременно вращается вокруг собственной оси, чем и объясняется смена дня и ночи, видимое нами движение звёздного неба. Но гелиоцентрическая система мира, предложенная Коперником, не сводилась только к перестановке предлагаемого центра Вселенной. Включив Землю в число небесных тел, которым свойственно круговое движение, Коперник высказал очень важную мысль о движение как естественном свойстве небесных и земных объектов, подчинённым некоторым общим закономерностям единой механики. Тем самым было разрушено догматизированное представление Аристотеля о неподвижном «перводвигателе», якобы приводящем в движение Вселенную.
Билет №4 1 законНельзя создать тепловую машину (устройство, в котором мех. движение происходит от тепла)с КПД>100% 2 законНельзя полностью превратить тепловую энергию в механическую. Существует закон деградации энергии, благодаря которому и доказали что КПД не=100% АДИАБАТИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС (адиабатный процесс)– это модель термодинамического процесса, происходящего в системе без теплообмена с окружающей средой. Линия на термодинамической диаграмме состояний системы, изображающая равновесный (обратимый) адиабатический процесс, называется адиабатой. ИЗОХОРНЫЙ ПРОЦЕСС– это процесс, происходящий в системе при постоянном объеме. Для осуществления изохорного процесса газ помещают в герметичный сосуд, не меняющий своего объема. ИЗОБАРНЫЙ ПРОЦЕСС– это процесс, происходящий в системе при постоянном давлении. Изобара – линия на диаграмме состояния, являющаяся графиком изобарного процесса. ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС– это процесс, происходящий в системе при постоянной температуре. Изотерма – кривая на диаграмме состояния газа, отражающая ход изотермического процесса. Любое макроскопическое тело или группа макроскопических тел называется термодинамической системой. Тепловое или термодинамическое равновесие - такое состояние термодинамической системы, при котором все ее макроскопические параметры остаются неизменными: не меняются объем, давление, не происходит теплообмен, отсутствуют переходы из одного агрегатного состояния в другое и т.д. При неизменных внешних условиях любая термодинамическая система самопроизвольно переходит в состояние теплового равновесия. Температура - физическая величина, характеризующая состояние теплового равновесия системы тел: все тела системы, находящиеся друг с другом в тепловом равновесии, имеют одну и ту же температуру. Абсолютный нуль температуры - предельная температура, при которой давление идеального газа при постоянном объеме должно быть равно нулю или должен быть равен нулю объем идеального газа при постоянном давлении. Связь абсолютной шкалы и шкалы Цельсия: T = t + 273, где t - температура в градусах Цельсия. Средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул газа пропорциональна абсолютной температуре: Средняя квадратичная скорость молекул |