Федеральное агентство морского и речного транспорта

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«Волжский государственный университет водного транспорта»

(ФГБОУ ВО «ВГУВТ»)

Каспийский институт морского и речного транспорта

– филиал ФГБОУ ВО «ВГУВТ»

А. М. Лихтер, о. Н. Гречухина, а. А. Попов

Основы молекулярной

физики и термодинамики

Учебное пособие

Астрахань 2016

УДК

ББК

ISBN 978-5-9906828-5-6

Рецензенты: д. т. н., профессор, заведующий кафедрой физики АГТУ

Селиванов Н. В.

А. М. Лихтер, Основы молекулярной физики и термодинамики. Учебное пособие / А. М. Лихтер, О. Н. Гречухина, А. А. Попов. – Астрахань: ООО «Астраханская полиграфическая компания», 2016. – 96 с.

В учебном пособии рассмотрены основные законы и явления, относящиеся к разделу «Основы молекулярной физики и термодинамики». Отличительной особенностью данного издания является приоритет, который уделяется экспериментальным основам физики. Изложение построено так, что по каждому из подразделов молекулярной физики и термодинамики: основы молекулярно-кинетической теории, идеальные газы и др. приводятся описания опытов, на основании которых сделаны теоретические обобщения. Учебное пособие не перегружено математическими выкладками и, в то же время, достаточно строгое и логически выстроенное.

Учебное пособие может быть рекомендовано, в первую очередь, студентам-заочникам, обучающимся по специальностям 26.05.05 «Судовождение», 26.05.06 «Эксплуатация судовых энергетических установок», 26.05.07 «Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики», а также по другим инженерным специальностям.

Утверждено на заседании кафедры МЕНД Каспийского института морского и речного транспорта – филиала ФГБОУ ВО «ВГУВТ».

Протокол № 12 от 24 декабря 2015г.

© ООО «Астраханская полиграфическая компания»,

г. Астрахань, 2016

© Лихтер А. М., Гречухина О. Н., Попов А. А., 2016

Оглавление

1. Основы молекулярно-кинетической теории 5

1.1 Развитие представлений молекулярно-кинетической теории 5

1.2 Термодинамические параметры. Масса и размеры молекул 6

1.3 Статистические закономерности. Распределение Максвелла. Скорости молекул 10

1.4 Основное уравнение кинетической теории газов 12

1.5 Число соударений между молекулами. Средняя длина свободного пробега молекул 14

1.6 Явления переноса 16

2. Идеальные газы 22

2.1 Понятие об идеальном газе. Состояние системы 22

2.2 Процессы 25

2.3 Основные газовые законы 26

2.4 Уравнение состояния идеальных газов и газовая постоянная 29

2.5 Смесь газов. Закон Дальтона 30

2.6 Идеальный газ в поле тяжести. Распределение Больцмана 30

3. Основы термодинамики 37

3.1 Предмет и метод термодинамики 37

3.2 Связь теплоты и работы. Механический эквивалент тепла 38

3.3 Степени свободы молекул. Распределение энергии по степеням свободы. Внутренняя энергия идеального газа 39

3.4 Работа расширения газа 41

3.5 Теплоемкость. Измерение теплоемкостей. Классическая теория теплоемкости и отступление от неё. Закон Дюлонга и Пти 45

4. Процессы в газах 50

4.1 Первый закон термодинамики и его применение к изопроцессам в газах 50

4.2 Адиабатический процесс 51

4.3 Политропный процесс 55

4.4 Круговые процессы 60

4.5 Идеальная тепловая машина. Цикл Карно 62

5. Второй закон термодинамики 66

5.1 Содержание второго закона 66

5.2 Теорема Карно. КПД реальной тепловой машины 68

71

5.3 Теорема Клаузиуса. Энтропия 74

5.4 Теорема Нернста 77

5.5 Энтропия и вероятность. Философское значение второго закона термодинамики 78

6. Реальные газы и фазовые переходы 81

6.1 Отклонение реальных газов от идеальных газовых законов. Межмолекулярные силы 81

6.2 Уравнение Ван-дер-Ваальса 83

6.3 Критическое состояние вещества 85

6.4 Внутренняя энергия реальных газов. Явление Джоуля-Томсона 88

6.5 Фазовые переходы. Диаграмма состояния 92