![](/user_photo/72340_TGvWb.jpg)
- •Физика теория
- •1. Предмет и роль физики в системе естественных наук. Физические основы механики. Физические величины и их измерение. Единицы измерения физических величин. Система единиц си.
- •2. Механика. Механическое движение. Система отсчета. Понятие материальной точки. Кинематическое уравнение материальной точки. Траектория, перемещение, путь.
- •3. Скорость и ускорение. Кинематика движения по окружности. Угловая скорость и угловое ускорение. Связь между линейными и угловыми кинематическими характеристиками
- •4. Первый и второй законы Ньютона. Масса как мера инертности. Третий закон Ньютона. Второй закон динамики для системы материальных точек. Сила. Импульс. Закон сохранения импульса.
- •5. Силы тяготения. Закон всемирного тяготения. Силы упругости. Абсолютная и относительная деформация. Закон Гука. Модуль Юнга. Силы трения.
- •6. Работа силы. Мощность. Кинетическая энергия. Потенциальная энергия тяготения, деформации. Закон сохранения энергии.
- •7. Поступательное и вращательное движение твердого тела. Кинетическая энергия вращения. Момент инерции. Момент силы. Уравнение моментов. Закон сохранения момента импульса твердого тела.
- •8. Давление. Законы Паскаля и Архимеда. Движение идеальной жидкости. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли.
- •9. Движение вязкой жидкости. Коэффициент вязкости. Методы определения коэффициента вязкости. Центрифугирование. Ламинарное и турбулентное течения.
- •10. Уравнение гармонических колебаний. Амплитуда, период, частота, фаза колебаний. Энергия гармонических колебаний.
- •11. Колебания в поле упругих сил. Маятники. Затухающие колебания. Вынужденные колебания. Резонанс. Автоколебания.
- •12. Продольные и поперечные волны. Скорость распространения и длина волны. Фазовая и групповая скорости волны. Уравнение бегущей волны.
- •13. Звуковые волны. Ультразвук и инфразвук. Действие ультразвука и инфразвука на биологические системы.
- •14. Предмет молекулярной физики. Размеры и масса атомов и молекул. Агрегатные состояния вещества.
- •15. Мкт. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Статистический и термодинамический методы в физике. Распределения Больцмана и Максвелла. Скорости молекул.
- •17. Среднее число столкновений. Средняя длина свободного пробега. Явления переноса. Диффузия. Вязкость. Теплопроводность. Связь между коэффициентами диффузии, вязкости и теплопроводности.
- •18. Распределение энергии по степеням свободы. Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия. Теплота и работа.
- •19. Теплоемкость газов. Работа и теплоемкость газов в различных изопроцессах.
- •20. Обратимые и необратимые процессы. Циклические процессы. Цикл Карно.
- •21. Второе начало термодинамики. Энтропия и ее свойства.
- •22. Жидкости. Поверхностное натяжение. Смачивание. Капиллярные явления.
- •23. Реальные газы. Силы молекулярного взаимодействия. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы реального газа. Критическое состояние.
- •24. Твердые тела. Кристаллическое строение твердых тел. Элементы симметрии кристаллов. Теплоемкость твердых тел. Закон Дюлонга-Пти. Жидкие кристаллы и их свойства.
- •25. Заряд и его свойства. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона.
- •26. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля. Принцип суперпозиции электростатических полей. Линии вектора напряженности. Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса.
- •27. Потенциал. Разность потенциалов. Эквипотенциальные поверхности. Связь между потенциалом и напряженностью электростатического поля. Работа при перемещении заряда в электростатическом поле.
- •28. Распределение зарядов на поверхности проводника. Электростатическая защита. Емкость уединенного проводника. Конденсаторы. Система конденсаторов.
- •29. Диэлектрики. Типы диэлектриков. Поляризация диэлектрика. Поляризованность. Диэлектрическая проницаемость.
- •30. Электрический диполь во внешнем электростатическом поле. Вектор электрического смещения. Сегнетоэлектрики. Энергия электростатического поля.
- •31. Сила и плотность тока. Электродвижущая сила. Законы постоянного тока.
- •32. Сопротивление проводников. Работа и мощность постоянного тока. Тепловое действие тока.
- •33. Классическая теория электропроводности металлов. Электронная и дырочная проводимость полупроводников. Собственная и примесная проводимости. Зависимость проводимости полупроводников от температуры.
- •34. Электрический ток в газах и водных растворах.
- •35. Магнитное взаимодействие токов в вакууме. Закон Ампера. Индукция магнитного поля. Закон Био-Саварро-Лапласа. Суперпозиция магнитных полей.
- •36. Магнитный поток. Намагничение магнетика. Магнитный момент. Вектор намагниченности. Магнитная проницаемость. Классификация магнетиков. Ферромагнетизм. Магнитный гистерезис. Температура Кюри.
- •37. Электромагнитная индукция. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Правило Ленца. Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля.
- •38. Переменный электрический ток. Закон Ома для цепей переменного тока. Мощность переменного тока.
- •39. Электромагнитные колебания и волны.
- •40. Геометрическая оптика. Электромагнитная природа света. Поглощение и дисперсия света.
- •41. Интерференция света.
- •42. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля. Дифракция Френеля. Дифракция Фраунгофера. Дифракционная решетка.
- •43. Поляризация света. Поляризованный и естественный свет. Законы Малюса и Брюстера. Двойное лучепреломление. Вращение плоскости поляризации. Оптическая активность вещества.
- •44. Квантовые свойства света. Тепловое и равновесное излучения. Закон Кирхгофа. Абсолютно черное тело. Закон Стефана-Больцмана. Формула Планка.
- •45. Люминесценция и ее виды. Правила Стокса. Биолюминесценция. Фотоэлектрический эффект. Законы фотоэффекта.
- •46. Теория атома водорода. Открытие электрона. Модели атома Томсона и Резерфорда. Постулаты Бора при квантовых переходах.
- •47. Рентгеновское излучение и его свойства.
- •48. Радиоактивное излучение и его виды. Закон радиоактивного распада.
23. Реальные газы. Силы молекулярного взаимодействия. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы реального газа. Критическое состояние.
Ответ.
С позиции молекулярной теории строения
вещества реальный
газ
– это газ, свойства которого зависят
от взаимодействия и размеров молекул.
Состояние реального газа часто на
практике описывается обобщённым
уравнением Клапейрона — Менделеева:
,
где
– коэффициент сжимаемости газа. При
рассмотрении реальных газов надо
учитывать силы
межмолекулярного
взаимодействия,
которые проявляются при
м. На расстоянии
силы притяжения и отталкивания равны.
соответствует равновесному расстоянию
между молекулами на которых бы они
находились в отсутствии теплового
движения. При
преобладают силы отталкивания, при
преобладают силы притяжения. В состоянии
устойчивого равновесия (
)
система из двух взаимодействующих
молекул обладает минимальной потенциальной
энергией (
).
Критерии различных агрегатных состояний
вещества:
– газообразное,
– жидкое,
– твёрдое. Уравнение
Ван-дер-Ваальса
– уравнение, связывающее основные
термодинамические величины в модели
газа Ван-дер-Ваальса. С начала рассмотрим
идеальный газ, который удовлетворяет
уравнению
.
Предположим, что частицы данного газа
являются упругими сферами одинакового
радиуса
.
Из объёма следует вычесть некую его
часть
,
которая зависит только от вещества, из
которого состоит газ. Таким образом,
получается следующее уравнение:
.
Далее Ван-дер-Ваальс рассматривает силы
притяжения между частицами газа и делает
следующие допущения: Частицы распределены
равномерно по всему объёму. Силы
притяжения стенок сосуда не учитываются,
что в общем случае неверно. Внутри сосуда
действующие силы притяжения других
частиц компенсируют друг друга. Частицы,
находящиеся непосредственно у края
сосуда, притягиваются внутрь силой,
пропорциональной концентрации:
.
Число частиц, находящихся непосредственно
у стенок, тоже предполагается
пропорциональным концентрации
.
Можно считать, что давление на стенки
сосуда меньше на некоторую величину,
обратно пропорциональную квадрату
объёма:
.
Изотерма
реального
газа
– зависимость молярного объема газа
от давления при постоянной температуре.
Критическая
точка
фазового
равновесия
– точка на диаграмме состояния веществ,
соответствующая критическому состоянию,
то есть конечная точка кривой
сосуществования фаз, в котором две (или
более) фазы, находящиеся в термодинамическом
равновесии, становятся тождественными
по своим свойствам. В частности, с
приближением к критическому состоянию
различия в плотности, составе и других
свойствах сосуществующих фаз, а также
теплота фазового перехода и межфазное
поверхностное натяжение уменьшаются,
а в критической точке равны нулю
Потенциальная энергия межмолекулярных
сил взаимодействия вычисляется как
работа, которую совершают эти силы при
разведении молекул на бесконечность:
.
Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса
равна
,
где
– молярная теплоёмкость при постоянном
объёме.
24. Твердые тела. Кристаллическое строение твердых тел. Элементы симметрии кристаллов. Теплоемкость твердых тел. Закон Дюлонга-Пти. Жидкие кристаллы и их свойства.
Ответ.
Твёрдое
тело
— это агрегатное состояние вещества,
характеризующееся стабильностью формы
и характером теплового движения атомов,
которые совершают малые колебания около
положений равновесия. Различают
кристаллические и аморфные твердые
тела. Кристаллы характеризуются
пространственною периодичностью в
расположении равновесных положений
атомов. В аморфных телах атомы колеблются
вокруг хаотически расположенных точек.
Согласно классическим представлениям,
устойчивым состоянием (с минимумом
потенциальной энергии) твёрдого тела
является кристаллическое. Аморфное
тело находится в метастабильном состоянии
и с течением времени должно перейти в
кристаллическое состояние, однако время
кристаллизации часто столь велико, что
метастабильность вовсе не проявляется.
Атомы и молекулы, составляющие твёрдое
тело, плотно упакованы вместе. Другими
словами, молекулы твёрдого тела
практически сохраняют своё взаимное
положение относительно других молекул
и удерживаются между собой межмолекулярным
взаимодействием. Многие твёрдые тела
содержат в себе кристаллические
структуры.
Под кристаллической структурой
подразумевается определённый порядок
атомов в кристалле. Кристаллическая
структура состоит из элементарных
ячеек, набора атомов расположенных в
особенном порядке, который периодически
повторяется во всех направлениях
пространственной решётки. Расстояния
между элементами этой решётки в различных
направлениях называют параметром этой
решётки. Кристаллическая структура и
симметричность играют роль в определении
множества свойств, таких как спайность
кристалла, электронная зонная структура
и оптические свойства. Симметрия
– это свойство тела или явления совпадать
самим с собой (быть инвариантным). При
определенных пространственных
преобразованиях внешняя форма кристаллов,
их симметрия являются результатом
проявления симметрии расположения их
атомов или молекул. Точечные преобразования
симметрии кристаллов удобно характеризовать
с помощью элементов симметрии – это
математические образы, относительно
которых совершаются преобразования
симметрии к элементам симметрии,
плоскости симметрии и зеркально
поворотные оси. Ось симметрии это прямая,
повороты вокруг которой совмещают
кристалл сам с собой. Оси характеризуются
своим порядком n. Порядок n это число
совмещений кристалла при его повороте
вокруг оси на 360°
.
φ – наименьший угол поворота, при котором
кристалл совмещается сам с собой. Если
кристалл совмещается при повороте на
угол φ, то он будет совмещаться при
последовательном m – кратном повторении
операции поворота на угол φ. Поскольку
твердые тела обладают малым коэффициентом
термического расширения и, следовательно,
мало увеличиваются в объеме при
нагревании, для них часто не различают
теплоемкость при постоянном объеме от
теплоемкости при постоянном давлении,
а говорят просто о теплоемкости
твердого
тела
С, которая численно равна первой
производной от внутренней энергии тела
по температуре:
Подставляя в выражение для теплоемкости
значение внутренней энергии твердого
тела, найдем:
Этот закон был открыт эмпирически еще
в XIX столетии Дюлонгом (1785—1838) и Пти
(1791—1820) и носит их имя. Если по-прежнему
считать, что кристалл построен из атомов
или ионов, колеблющихся независимо друг
от друга, то, очевидно, число частиц,
движение которых необходимо учитывать
при вычислении внутренней энергии
одного килограмм-моля вещества, будет
равно общему числу атомов в одном
киломоле вещества или числу Авогадро,
помноженному на число атомов в молекуле.
Это объясняет найденное эмпирически
правило, согласно которому молекулярная
теплоемкость твердого соединения равна
сумме атомных теплоемкостей элементов,
входящих в состав соединения. Теплоемкости
твердых тел уменьшаются при понижении
температуры, стремясь к нулю при
приближении температуры к абсолютному
нулю. Жидкокристаллическим
(мезоморфным) состоянием вещества
называется такое состояние, свойства
которого являются промежуточными между
свойствами твердого кристалла и жидкости.
Согласно законам термодинамики,
агрегатные состояния веществ подразделяются
на три вида: твердое, жидкое и газообразное,
однако такое разделение не отражает
внутреннее строение вещества, степень
упорядоченности его частиц. Некоторые
вещества (стекла, смолы) обладают
свойствами характерными и для твердых,
и для очень вязких переохлажденных
жидкостей. В частности, некоторые
органические материалы переходят из
твердого состояния в жидкое, испытывая
ряд переходов, включающих образование
новой фазы, которую называют
жидкокристаллическим состоянием (жидким
кристаллом).