Бақылау сұрақтары.

1. Тұтас орталар механикасының элементтерi.

2. Сұйықтар мен газдардың жалпы қасиеттері.

3. Идеалды және тұтқыр сұйық.

4. Сұйықтардың ламинарлық және турбуленттiк ағыны. Тұтқырлықты анықтау әдістері.

5. Стокс өрнегi. Пуазейл формуласы.

6. Серпімді кернеулер. Серпімді деформацияланған дененің энергиясы.

7. Сұйықтардың гидростатикалық қысымын анықтайтын фор­муланы көрсетiңiз.

8. Динамикалық қысымды анықтайтын формуланы көрсетiңiз.

9. Сығылмайтын сұйық үшiн үздiксiздiк теңдеуiн көрсетiңiз.

10. Идеал сұйықтар үшiн Бернулли теңдеуiн көрсетiңiз.

11. Беттiк керiлудiң өрнегiн көрсетiңiз

12. Капилляр түтiкшедегi сұйықтың көтерiлу биiктiгi

5-лекция

Статистикалық физика және термодинамика. Молекула-кинетикалық теорияның негіздері. Идеал газ молекулаларының орташа кинетикалық энергиясы.

Молекулалық физика және термодинамика – дененің қасиетінің оның құрылысына тәуелділігін, дене бөлшектерінің арасындағы өзара әсерлесуді және бөлшектердің қозғалысының сипатын зерттейтін физика бөлімі. Макроскопиялық жүйенің физикалық қасиетін зерттеу үшін, оның құрамындағы атомдар мен молекулалардың саны көп болуын байланысты, сапа жағынан әртүрлі және бір-бірін өзара толықтыратын статистикалық (молекула - кинетикалық) және термодинамикалық екі әдіс пайдаланылады.

Статистикалық әдіс – бүкіл жүйені сипаттайтын статистикалық заңдылықтарға және физикалық шамалардың орташа мәндеріне сүйене отырып көп бөлшектер жиынынан тұратын жүйені зерттеу әдісі.

Бұл әдіс барлық денелер үздіксіз бейтарап қозғалыста болатын атомдар мен молекулалардан немесе иондардардан тұратынына негізделген молекула – кинетикалық теорияға, заттардың құрылысы мен қасиетін зерттейтін физиканың молекулалық физика бөліміне негізделген.

Келешекте берілген зат үшін өте аз мөлшерлі құрылымдық бірлік ретінде (элемент) “молекула” терминін пайдаланамыз.

Термодинамикалық әдіс – жүйені толығымен сипаттайтын шамаларға сүйеніп (мысалы қысым, көлем, температура) жүйеде жүретін энергияның әртүрлі айналуы кезінде, зерттейтін дененің ішкі құрылысы және жеке бөлшектердің қозғалыс сипатын ескермей, көп бөлшектен тұратын жүйені зерттейтін әдіс.

Бұл әдіс термодинамикалық тепе-теңдікте және осы күйлер арасындағы өту процесінде болатын макроскопиялық жүйенің жалпы қасиетін оқытатын физика бөлімі термодинамикаға негізделген.

Термодинамикалық жүйе.

Термодинамика өзара әсерлесетін, өзара және басқа денелермен (сыртқы ортамен) энергия алмасатын макроскопиялық денелер жиыны, термодинамикалық жүйемен жұмыс істейді.

Сыртқы ортамен энергия, зат алмаспайтын термодинамикалық жүйені тұйық деп атайды.

Термодинамикалық әдістің негізгі термодинамикалық жүйенің күйін анықтау.

Жүйенің күйі термодинамикалық параметрлермен (күй параметрлері) – термодинамикалық жүйенің қасиетін сипаттайтын физикалық шамалардың жиынымен беріледі. Күйдің параметрлері ретінде температура, қысым, көлемді таңдап алады.

Жүйенің күйінің параметрі өзгеруі мүмкін. Термодинамикалық жүйедегі оның термодинамикалық параметрінің өзгеруімен байланысты кез келген өзгеріс ,термоднамикалық процесс деп аталады.

Егер берілген жүйе үшін сыртқы жағдай өзгерісі және жүйе күйі уақыт өтуіне байланысты өзгермесе, онда бұл жүйе термодинамикалық тепе-теңдікте болады.

Температура.

Температура – физикада жалпы маңызды роль атқаратын негізгі түсініктің бірі.

Температура – макроскопиялық жүйенің термодинамикалық тепе-теңдік күйін сипаттайтын және денелер арасындағы жылу алмасу бағытын анықтайтын физикалық шама.

Қазіргі кезде екі температуралық шама пайдаланылады.

Халықаралық практикалық шкала (Цельсий шкаласы) Цельсий градусымен бөлінген (⁰С) Па қысымда екі реперлік нүкте - судың қату және қайнау температурасы, сәйкес 0⁰С және 100⁰С қабылданған.

Термодинамикалық температуралық шкала (Кельвин шкаласы) Кельвин градусында бөлінген (К) бір реперлік нүктемен анықталады – судың үштік нүктесі – 609 Па қысымда мұз, су, қаныққан бу термодинамикалық тепе-теңдікте болатын температура. Бұл нүктенің берілген шкаладағы температурасы 273,16 К. температурасын Кельвин нолі деп атайды.

Термодинамикалық температура (Т) және халықаралық практикалық температурадағы температура мына қатынаспен байланысты. .

Қалыпты жағдайда: , Па.

Идеал газдың молекула – кинетикалық теориясының негізгі теңдеуі.

Бірдей жылдамдықпен қозғалатын массасы , молекуладан тұратын массасы идеал газ көлемі ыдыста тұрсын делік. Анықтама бойынша газдағы молекула концентрациясы: .

Егер уақыт аралығында қабырғаның элементар ауданшасына соқтығысқанда импульс берілсе, онда ыдыс қабырғасына газдың түсіретін қысымы

.

Қабырғаға перпендикуляр қозғалған молекула әрбір соқтығысу кезінде , оған импульс береді.

Қабырға бағытында орташа алғанда барлық молекуланың бөлігі қозғалады (егер өзара перпендикуляр үш ості қарастырсақ, онда орташа алғанда бір ось бойымен молекуланың бөлігі, ал оның жарты ғана берілген бағытта қозғалады). Сондықтан уақытта ауданшаға молекула жетіп, оған импульс береді.

Газдың ыдыс қабырғасына түсіретін қысымы:

.

Егер газдың көлемде жылдамдықпен қозғалатын молекула болса, онда орташа квадраттық жылдамдық қарастырған жөн, ол былай анықталады және газ молекуласының бүкіл жиынын сипаттайды:

.

Идеал газдың молекула – кинетикалық теориясының негізгі теңдеуі:

, .

және қатынастарын ескеріп, бұл теңдеуді басқа вариантта жазуға болады.

.

Мұндағы Е – газдың барлық молекуласының ілгерлемелі қозғалысының қосынды кинетикалық энергиясы, - молярлық көлем, - молярлық масса.

Менделеев – Клапейрон теңдеуін пайдаланып, аламыз.

, осыдан

. .