Билеты по физике 10-17

Билет №10

Теплоёмкости газов, при постоянном объёме и постоянном давлении, первый закон термодинамики. Теплоемкостью какого-либо тела называется величина, равная количеству тепла, которое нужно сообщить телу, чтобы повысить его температуру на один кельвин. Если сообщение телу количества тепла dQ повышает его температуру на dT, то теплоемкость по определению равна:

  

Удельная теплоемкость — это количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг вещества на 1 К:  . Молярная теплоемкость — количество теплоты, необходимое для нагревания 1 моль вещества на 1 К:  . Удельная и молярная теплоемкости связаны соотношением: , где  — молярная масса (масса одного моля вещества). Если нагревание происходит при постоянном объеме, тело не совершает работы над внешними телами и, следовательно, согласно первому началу термодинамики, все тепло идет на приращение внутренней энергии тела:

dQv=dU  (2).

Если нагревание газа происходит при постоянном давлении, то газ будет расширяться, совершая над другими телами положительную работу. Следовательно, для повышения температуры газа на один кельвин в этом случае понадобится больше тепла, чем при нагревании при постоянном объеме, так как часть тепла будет затрачиваться на совершение работы. Поэтому теплоемкость при постоянном давлении больше чем теплоемкость при постоянном объеме.   Таким образом, работа, которую совершает моль идеального газа при повышении его температуры на один кельвин при постоянном давлении, оказывается равной газовой постоянной R. Отметим, что соотношение (8) получено с использованием уравнения состояния идеального газа, и справедливо только для идеального газа.  отношение теплоемкостей , называемый адиабатическим. Изменение ΔU внутренней энергии неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты Q, переданной системе, и работой A, совершенной системой над внешними телами.

ΔU = Q – A.

Билет № 11 Адиабатический процесс, уравнение адиабаты, показатель адиабаты. Адиабатическим называется процесс, при котором отсутствует теплообмен между системой и окружающей средой(Быстропротекающие процессы – распространение звуковой волны, сжатие и расширение горючей смеси в цилиндрах ДВС) Q=0 A=-dU

Адиабатное расширение газа(dV>0) сопровождается положительной внешней работой (dA>0),но при этом (dU<0) и газ охлаждается (dT<0) Адиабатное сжатие (ну всё наоборот, мне лень писать и язык на клавиатуре переключать ^_^) Уравнение адиабаты(Пуассона) p*V^y=const, т.к. T=const Показатель адиабаты (коэффициент Пуассона) – отношение теплоёмкости при постоянном давлении(Cp) к теплоёмкости при постоянном объёме(Cv) y = Cp/Cv Билет №12 Тепловая машина Карно, второй закон термодинамики. Тепловая машина – устройство преобразующее теплоту в работу или обратно и действует строго периодически(циклично) КПД – отношение работы, произведённой этой машиной за один цикл, к теплоте, поглощённой в ходе рассматриваемого цикла. Т Цикл: Tн 1) Изотермическое расширение имеет температуру Tн + Qн, V>> (тело совершает работу). 2)Адиабатическое расширение температура уменьшается до Tx (тело совершает работу). Тх 3)Изотермическое сжатие имеет температуру Tx – Qx над телом совершается работа 4)Адиабатическое сжатие S1 S2 S Сжимается под действием внешней силы без теплообмена Tx = Tн. Над телом совершается работа. Второй закон термодинамики – Невозможно осуществить передачу теплоты от источника с более низкой температурой к источнику с более высокой без затраты энергии Энтропии – отношение общего количества тепла к абсолютной температуре Все самопроизвольные процессы в природе идут с увеличением энтропии Билет №13 Диффузия, коэффициент диффузии, зависимость от давления и температуры. Диффузия – распространение молекул или атомов одного вещества в промежутки между атомами другого вещества, приводящие к самопроизвольному выравниванию их конденсаций по всему занимаемому объёму. Коэффициент диффузии – количественная характеристика скорости диффузии, равная количеству вещества, проходящего за единицу времени через участок единичной площади, при градиенте концентрации, равном единице. D = Mp*Kв*T Mp – подвижность частиц Mp = V/F Kв – постоянная Больцмана F = 6пnrV T – абсолютная температура D = Kв*T V – скорость перемещения частиц под действием внешней силы F 6пnr n – вязкость, r – радиус частицы. С ростом давления диффузия замедляется т.к. уменьшается длина свободного пробега. С увеличением температуры, диффузия ускоряется. Билет №14 Теплопроводность, коэффициент теплопроводности в газах, два механизма теплопроводности твёрдых масс.

Теплопроводность –явление передачи внутренней энергии от более нагретой части тела к менее или между телами при их непосредственном контакте. Способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности (удельной теплопроводностью). Численно эта характеристика равна количеству теплоты, проходящей через образец материала толщиной в единицу длины (1 м), площадью в единицу площади (1 м²), за единицу времени (1 секунду) при единичном температурном градиенте (1 К). Коэффициент теплопроводности газов K = 1/3 * Cv *p * Vср * л(лямбда) Cv – удельная теплоёмкость газов p – плотность газов Vср – средняя арифметическая скорость молекулы газов л – средняя длина пробега молекул Механизмы теплопроводности: 1) Механизм теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Кинетическая энергия атома определяется тепловым движением, колебанием атомов в молекуле и движением самой молекулы в рое соседних молекул и ее вращением вокруг своей оси. Более быстрые и более колеблющиеся молекулы передают энергию менее подвижным молекулам / атомам (более холодная часть тела) . Таким образом происходит выравнивание температуры по всему телу - процесс теплопередачи. Билет № 15 Теплопроводность в разреженных газах.

Теплопроводность газов — явление направленного переноса тепловой энергии за счет столкновения частиц газа без переноса вещества. Явление теплопроводности описывается законом Фурье: , где   — плотность теплового потока, равная тепловой энергии, переносимой за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную оси x.  — градиент температуры,  — коэффициент теплопроводности. , где  — средняя арифметическая скорость молекул,  — средняя длина свободного пробега молекул.  — число степеней свободы молекул газа,  — постоянная Больцмана,  — концентрация частиц газа,  ,  — удельная теплоемкость (теплоемкость единицы массы) газа,  — плотность газа. Теплопроводность газов крайне мала, т.к. количество молекул газа минимально(термос, окна и тд.)

Билет №16 Вязкость жидкости, зависимость от температуры. Вязкость – свойство жидкости сопротивляться сдвигу ее слоев относительно друг друга, обусловливающее силы внутреннего трения между слоями, имеющими различные скорости движения. Перенос импульса от слоя к слою осуществляется молекулами, изредка совершающими скачкообразные поступательные движения, меняя при этом положение равновесия, около которых они совершают колебания. При не очень высоких температурах такие перескоки происходят сравнительно редко. Перенос импульса вызывает изменение скорости движения слоев, то есть начинает действовать сила, которая по закону Ньютона равна

где F – сила внутреннего трения (вязкости) между слоями жидкости;  – градиент скорости, характеризующий быстроту изменения скорости вдоль оси х, перпендикулярной к скорости; S – площадь поверхности, разделяющая два соседних слоя жидкости; h – коэффициент вязкости или коэффициент внутреннего трения.

Его физический смысл заключается в том, что она численно равен силе внутреннего трения, действующей на единичную площадь соприкасающихся слоев при градиенте скорости этих слоев равном единице. Размерность коэффициента вязкости в системе «СИ»:

 

С повышением температуры вязкости жидкости быстро падает. При обычных давлениях коэффициент вязкости почти не зависит от давления. При давлении в тысячи и десятки тысячи атмосфер коэффициент вязкости быстро возрастает с ростом давления. Это объясняется тем, что в сильно сжатых жидкостях скачкообразные поступательные движения молекул становятся все более затруднительными. Молекулам все реже удается перескочить в другое место, так что обмен импульсом между слоями жидкости уменьшается

Билет №17 Реальные газы, сжижение газов.

Реальный газ — газ, который не описывается уравнением состояния идеального газа Клапейрона-Менделеева.

Зависимости между его параметрами показывают, что молекулы в реальном газе взаимодействуют между собой и занимают определенный объём. Состояние реального газа часто на практике описывается обобщённым уравнением Менделеева — Клапейрона:

где p — давление; V — объем; T — температура; Z_r = Z_r (p,T)  — коэффициент сжимаемости газа; m — масса; М — молярная масса; R — газовая постоянная. Сжижение газов - это обращение газов в жидкое состояние. Может быть произведено сжатием газа (повышением давления) и одновременным его охлаждением.  В настоящее время все газы обращены в жидкости, при дальнейшем охлаждении, с повышенного давления образуют твердое вещество.  уравнение Ван-дер-Ваальса:

(5.2.2)

записанное для одного моля вещества. Для  молей это уравнение имеет вид:

где: R — газовая постоянная,

a и b — экспериментальные константы, учитывающие отклонение свойств реального газа от свойств идеального газа.

Билет №18 Взаимодействие электрических зарядов, закон Кулона. Электри́ческий заря́д (коли́чество электри́чества) — это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Первый закон описывающий взаимодействие электрических зарядов говорит: заряды с одинаковым знаком (т. е. одноименные) отталкиваются друг от друга (рис.2.1.). Второй закон взаимодействия электрических зарядов гласит: разноименные (заряды с разным знаком) притягиваются друг к другу.

 

Закон Кулона-Сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме направлена вдоль прямой, соединяющей эти заряды, пропорциональна их величинам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Она является силой притяжения, если знаки зарядов разные, и силой отталкивания, если эти знаки одинаковы.

Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона зависит от выбора системы единиц. В Международной системе СИ за единицу заряда принят кулон (Кл).

Кулон – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А. Единица силы тока (ампер) в СИ является наряду с единицами длины, времени и массы основной единицей измерения.

Коэффициент k в системе СИ обычно записывают в виде:

где  – электрическая постоянная.

В системе СИ элементарный заряд e равен:

e = 1,602177·10–19 Кл ≈ 1,6·10–19 Кл.

Билет №19 Электрические заряды, закон сохранения заряда. Электри́ческий заря́д (коли́чество электри́чества) — это физическая скалярная величина, определяющая способность телбыть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Тела, способные после натирания притягивать легкие предметы, называют наэлектризованными. Степень электризации тел в результате взаимного трения характеризуется величиной и знаком электрического заряда, полученного телом. Например, эбонитовая палочка, потертая о мех, электризуется отрицательно, а стеклянная палочка, потертая о шелк, электризуется положительно. Электризация тела-это сообщение телу электрического заряда Зако́н сохране́ния электри́ческого заря́да гласит, что алгебраическая сумма зарядов электрически замкнутой системы сохраняется.

Билет №20 Электрическое поле, напряжённость, графическое изображение электрического поля, поле диполя.

Электрического поле (впервые - М. Фарадей) - особый вид материи, существующий вокруг любого электрического заряда и проявляющий себя в действии на другие заряды. Электрическое поле, окружающее заряженное тело, можно исследовать с помощью так называемого пробного заряда – небольшого по величине точечного заряда, который не производит заметного перераспределения исследуемых зарядов. Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика напряженность электрического поля.

Напряженностью электрического поля называют физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку пространства, к величине этого заряда:

Электрическое поле неподвижных и не меняющихся со временем зарядов называется электростатическим. Электрический диполь - это система из двух одинаковых по модулю разноименных точечных зарядов +q и -q, находящихся на некотором расстоянии l друг от друга. картина силовых линий поля электрического диполя – системы из двух одинаковых по модулю зарядов разного знака q и –q, расположенных на некотором расстоянии l.