Лекции по физике

ф ункция начинается от ноля достигает максимума и уменьшается

площадь, ограниченная кривой распределения и осью абсцисс равна единице. Это означает, тчо функция f(v) удовлетворяет условию нормировки. Скорость, при которой функция распределения молекул идеального газа по скоростям максимальна, называется наиболее вероятной скоростью. Значение наиболее вероятной скорости можно найти, продифференцировав выражение для функции распределения по аргументу v, приравняв результат к нулю.

При повышении температуры максимум функции распределения молекул по скоростям сместится вправо. . Исходя из распределения молекул по скоростям можно найти распределение молекул газа по значению кинетической энергии.

В каждом состоянии система обладает определенной внутренней энергией.

Для нахождения внутренней энергии вводится понятие числа степеней свободы. Число степеней свободы – число независимых переменных(координат), определяющих положение системы в пространстве. Одноатомный газ – молекула. Двухатомный газ – степень свободы 5. Многоатомный газ – 6. Средняя энергия молекулы . Сумма поступательного, вращательного и удвоенного числа колебательных степеней свободы молекулы. В классической теории и совпадает с числом степеней свободы. Внутренняя энергия для произвольной массы газа. .

Первое начало термодинамики. Рассмотрим термодинамическую систему, для которой механическая энергия не изменяется, а изменяется внутренняя энергия. Энергия механического движения может превращаться в энергию теплового движения и наоборот. При этом сохраняется закон сохранения и выполнения энергии, называемый первым началом термодинамики. . Теплота, сообщаемая системе, расходуется на изменении ее внутренней энергии и на совершение ею работы против внешних сил. В дифференциальной форме: . Бесконечно малое изменение внутренней энергии системы. Дельта А – работа, дельта Q – бесконечно малое количество теплоты. Если система периодически возвращается в первоначальное состояние, то дельта U=0, то Q=A. Вечный двигатель первого рода(периодически действующий двигатель, совершающий большую работу, чем сообщенная ему извне энергия) невозможен.

Работа газа. Выразим работу, совершаемую газом при изменении объема, в общем виде. Для этого рассмотрим газ под поршнем в сосуде, который, расширяясь, передвигает поршень на расстояние de и совершает работу. Тогда работа будет равна:

о т v1 до v2 равна площади, ограниченной осью абсцисс, кривой и прямыми v1 и v2. Графически изображают только равновесные процессы, то есть процессы, состоящие из последовательности равновесных состояний. Все реальные процессы неравновесны.

Удельная теплоемкость вещества — это величина, равная количеству теплоты, необходимому для нагревания одного килограмма вещества на один кельвин. . Дж/кельвин*кг. Молярная теплоемкость — это количество теплоты, необходимое для нагревания одного моля вещества на один кельвин. Запишем первое начало термодинамики для одного моля вещества: .

Уравнение роберта-майера. . Следует, что теплоемкость определяется числом степеней свободы и не зависит от температуры. При рассмотрении термодинамических процессов необходимо знать характерное для каждого газа соотношение.

Рассмотрим Применение процессов, происходящих в термодинамике изопроцессов. V=конст, изменение работы равно нулю, количество теплоты идет на изменение внутренней энергии, количество теплоты равно cvdt. Для произвольной массы. Если р равно константе, изменение работы равно pdv, значит работа равна p(v1-v2). .

. ??? что это. Адиабатический это процесс при отсутствии теплообмена между системой и окружающей средой. Внешняя работа совершается за счет изменения внутренней энергии. . показатель адиабаты. Диаграмма адиабатического процесса более крутая, чем изотерма, так как увеличение давления обусловлено не только уменьшением объема, но и увеличением температуры. работа при адиабатическом расширении меньше, чем при изотермическом, так как при адиабатическом происходит охлаждение газа, тогда как при изотермическом температура поддерживается постоянной притока извне эквивалентного количества теплоты. Все изопроцессы и (адиабатные тоже) происходят при постоянной теплоемкости. Процесс, в котором теплоемкость системы остается постоянной, называется политропным.

Круговой процесс(цикл) – процесс, при котором система, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное.

ц икл, совершаемый идеальным газом, разбивается на процессы расширения и сжатия. Работа, совершаемая за цикл, определяется площадью, охватываемой замкнутой кривой. Где а меньше 0, цикл обратный. Прямой цикл используют в тепловых двигателях(периодически действующих двигателях, совершающих работу за счет полученной извне теплоты). Обратный цикл используется в холодильных машинах – периодически действующих установках, в которых за счкет работы внешних сил теплота переносится к телу с более высокой температурой. В результате кругового процесса система возвращается в исходное состояние, то есть полное изменение внутренней энергии газа равно 0. Термический коэффицент полезного действия для кругового процесса равен . Термодинамический процесс называется обратным, если он происходит как в прямом, так и в обратном направлении. Сначала в прямом, а потом в обратном, система возвращается в исходное состояние, то есть в окружающей среде и в этой системе не происходит никаких изменений. Процесс, не удовлетворяющий этим условиям, называется необратимым.

Энтропия. Понятие энтропии ввел клаузиос. рассмотрим количество теплоты полученный телом при постоянной температуре теплоотдающего тела и называют это приведенным количеством теплоты.

Приведенное Количество теплоты на бесконечно малом участке процесса равно дельта q/T. Приведенное количество теплоты, сообщаемое телу в любом обратимом круговом процессе равно нулю. . Полный деффиренциал некоторой функции, определяемой только состоянием системы и не зависит от пути, каким системам пришла в этом состояние. Энтропия это функция состояния, дифференциалом соотношения является соотношние . Для обратимых процессов изменение энтропии равно нулю. Энтропия системы, совершающий необратимый цикл, возрастает. Это неравенство клаузиоса. Энтропия замкнутой системы может либо возрастать(необратимый), либо оставаться постоянной(обратимый)

Второе начало термодинамики. Направление протекания термодинамических процессов. Используя понятие энтрапии и неравенство сантаклауса, можно сформулировать как закон возрастания энтропии замкнутой системы при нобратимых процессах: любой необратимый процесс в замкнутой системе происходит так, что энтропия системы при этом возрастает и в процессах, происходящих в замкнутой системе энтропия не убывает. Возрастание энтропии означает переход системы в более вероятное состояние. Формулировка по кельвину: невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является приращение теплоты, полученной от нагревателя в эквивалентную ей работу. Формулировка по сантаклаусу: невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является переход теплоты от менее к более нагретому. Первые два начала термодинамики не дают достаточно сведений при нуле кельвинов, поэтому есть 3 начало термодинамики(теорема нернста-планка): энтропия всех тел в состоянии равновесия стремится к 0 по мере приближения температуры к 0 кельвинов.

Из всех периодически действующих тепловых машин, имеющих одинаковые температуры и холодильников наибольшим кпд обладают обратимые процессы, при этом кпд обратимых процессов, работающих при одинаковых температурах нагревателей и холодильников равны друг другу и не зависят от природы рабочего тела, а определяются только температурой нагревателя и холодильника

Закон сохранения электрического заряда, закон кулона. Напряженность электростатического поля. Теорема Гаусса для электростатического поля. Потенциал для электростатического поля. Типы диэлектриков*, теорема гаусса для электрики(?), проводники, сегнетоэлектрики*. Конденсаторы.

Закон сохранения заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы остается постоянной, какие бы процессы ни происходили внутри этой системы. В зависимости от концентрации свободных зарядов тела делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники. Проводники – тела, в которых электрический заряд может перемещаться по всему объему. Проводники бывают 1 и 2 рода. В 1 перенос заряда(свободных электронов) не сопровождается химическими превращениями. В 2 перенос заряда(положительных и отрицательных ионов) ведет к химическим изменениям. Диэлектрики – тела, в которых почти отсутствует свободный заряд. Полупроводники занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Единица электрического заряда – электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока один ампер за время 1 секунда. Точечным называется заряд, линейные размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, с которыми он взаимодействует. Закон Кулона: сила взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорциональна зарядам q₁ и q₂ и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. F направлена по прямой, соединяющей взаимодействующие заряды. . Электрическое поле – поле, посредством которого взаимодействует электрический заряд. Электрическое поле, создаваемое неподвижными электрическими зарядами, называется электростатическим. Напряженность электрического поля – физическая величина, определяемая силой, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в эту точку поля. . Напряженность является силовой характеристикой электростатического поля. Графически электростатическое поле изображают с помощью линий напряженности, то есть линий, касательный которых в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности. Линии напряженности направлены по направлению вектора напряженности и никогда не пересекаются. Для однородного поля (когда вектор напряженности в любой точке постоянный по величине и направлению) линии напряженности параллельны вектору напряженности. Если поле создано точечным зарядом, то линии напряженности – радиальные. Число линий напряженности, пронизывающих единицу площади поверхности, перпендикулярно линиям напряженности и равно модулю вектора напряженности. Тогда число линий напряженности, пронизывающих элементарную площадку dS, нормаль которой образует угол альфа с вектором напряженности равно , где (?) проекция на нормаль dS. Поток вектора напряженности через площадку dS: dФ=EndS. dS это вектор, модуль которого равен дс, а направление совпадает с направлением нормали площадки. Для произвольной замкнутой поверхности s поток вектора Е сквозь эту поверхность равен . Поток вектора зависит от конфигурации поля вектора напряженности, … … . для замкнутой поверхностей для положительного направления нормали берут внешнюю нормаль.

Принцип суперпозиции электростатических явлений. Напряженность результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равна геометрической сумме напряженности полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности. Электрический диполь – система двух равных по модулю разноименных точечных зарядов, расстояние между которыми меньше расстояния до рассматриваемых точек. Вектор, направленный по оси диполя от отрицательного заряда к положительному и равный расстоянию между ними, называется плечом диполя. Вектор, совпадающий по направлению с плечом диполя и равный произведению заряда на плечо называется электрическим моментом диполя или дипольным моментом. Найдем поток вектора напряженности электрического поля сквозь произвольную замкнутую поверхность, то есть поток вектора напряженности сквозь сферическую поверхность радиуса r, охватывающую точечный заряд q, находящийся в ее центре. – теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме. Поток вектора напряженности электростатического поля в вакууме сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности зарядов. Если известна объемная плотность электрических зарядов. Применение теоремы гаусса: поле, равномерно заряженное в бесконечной плоскости. Плоскость заряжена с постоянной поверхностной плотностью. Поверхностная плотность обозначается. Поле равномерно заряженной плоскости однородно. Поле двух бесконечно параллельных разноименно заряженных плоскостей. Напряженность поля в области между плоскостями существует, а вне объема, ограниченного плоскостями, равна нулю. Поле равномерно заряженной сферической поверхности. Внутри равномерно заряженной сферической поверхности электростатическое поле имеет напряженность, равную 0. Поле объемно заряженного шара. Поле нити или цилиндра.

Найдем работу силу при перемещении заряда . Работа при перемещении заряда q2 в лес не убежит из положения 1 в положение 2 не зависит от траектории перемещения, а определяется положением точек 1 и 2. Электростатические силы консервативны. Работа не волк, совершаемая при перемещении электростатического заряда во внешнем электростатическом поле по любому замкнутому пути L равна 0. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля вдоль любого замкнутого контура равна нулю. . Их этого следует, что линии напряженности электростатического поля незамкнуты, начинаются и заканчиваются на зарядах или уходят в бесконечность.

Потенциал – энергетическая характеристика электростатического поля. Потенциал произвольной точки есть физическая величина, определяемая потенциальной энергией единичного положительного заряда, помещенного в эту точку. Потенциал — это физическая величина, определяемая работой по перемещению единичного положительного заряда при удалении его из данной точки поля в бесконечность. Напряженность поля равна градиенту потенциала со знаком минус, так как вектор е направлен в сторону в сторону убывания потенциала. Графически потенциал обозначают электростатическими поверхностями, то есть поверхностями, во всех точках которых потенциал имеет одно и то же значение. Линии напряженности всегда нормальны к эквипотенциальной поверхности. При перемещении диэлектрика во внешнее электрическое поле он поляризуется, то есть приобретает отличный от нуля дипольный момент. Для количественного описания поляризации диэлектриков используют поляризованность, определяемую как дипольный момент единицы объема диэлектрика. Диэлектрическая воспреимчивость вещества . Введем вектор электрического смещения. Для произвольной замкнутой поверхности эс поток вектора дэ сквозь эту поверхность равен. Теорема гаусса для. Поток вектора смещения сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных в этой поверхности свободных электрических зарядов. При переходе через границу раздела двух диэлектрических сред тангенсальная составляющая вектора е и нормальная составляющая вектора дэ, нормальная е и тангенсальная дэ претерпевают скачок. Электроемкость уединенного проводника изменяет потенциал. Электроемкость зависит от размеров и формы, не зависит от материала и агрегатного состояния. Электроемкость плоского конденсатора при параллельном соединении лучше.