Колебательная система

Это система взаимодействующих тел (минимум два тела), которые способны совершать колебания. Простейшими колебательными системами являются маятники

51. Связь средней кинетической энергии молекул газа с его температурой.

Температура-Это макропараметр, который характеризует способность тел к теплопередаче. Если два тела разной температуры контактируют, то произойдет переход энергии или передача теплоты от более горячего к холодному. Установится тепловое равновесие, все части будут одинаковой температуры.

Температура характеризует интенсивность движения частиц, поэтому связана со средней кинетической энергией частиц. Из опыта известно, что средняя кинетическая энергия молекул не зависит от вида газа и определяется температурой.

 

Связь между температурами по шкале Цельсия и по шкале Кельвина

52. Напряженность электрического поля, единицы измерения. Напряженность поля точечного заряда.

Напряженность электрического поля характеризуется силой, которая действует на точечный электрический заряд, помещенный в это поле.

Напряженность электрического поля — векторная величина. Направление вектора напряженности электрического поля E совпадает с направлением действия силы F. Заряд — скалярная величина. Если заряд отрицателен, то направление действия силы и направление вектора напряженности электрического поля противоположны.

E — напряженность электрического поля (Вольт/метр), F — сила действующая на заряд Q (Ньютон), q —пробный заряд (Кулон),Понятие «пробный заряд» предполагает, что этот заряд не участвует в создании электрического поля и так мал, что не искажает его, т. е. не вызывает перераспределения в пространстве зарядов, создающих рассматриваемое поле. В системе СИ единицей напряженности служит 1 В / м, что эквивалентно 1 Н / Кл

Напряженность поля точечного заряда

53. Изменение распределения Максвелла при изменении температуры газа. Вид распределения Максвелла в зависимости от молекулярной массы газа

 (2)  Из формулы (2) мы видим, что при возрастании температуры максимум функции распределения молекул по скоростям (рис. 2) движется вправо (при этом становится больше значение наиболее вероятной скорости). Однако площадь, которая ограничена кривой, не меняется, поэтому кривая распределения молекул по скоростям при повышении температуры будет растягиваться и понижаться. 

54. Время релаксации затухающих колебаний. Коэффициент затухания. Частота затухающих колебаний (формула).

Затухающие колебания-к-ия, энергия которых изменяется с течением времени t.

- уравнение затухающих колебаний.

— амплитуда затухающих колебаний, а А₀ — начальная амплитуда.

Время релаксации — промежуток времени, в течение которого амплитуда затухающих колебаний уменьшается в е раз.

Коэффициент затухания  – величина, обратно пропорциональная времени релаксации

55. Барометрическая формула.

Выведем закон изменения давления с высотой, предполагая, что поле тяготения однородно, температура постоянна и масса всех молекул одинакова. Если атмосферное давление на высоте h равно p, то на высоте h+dh оно равно p+dp (при dh>0 dp<0, так как давление с высотой убывает). Разность давлений p и p+dp равна весу газа, заключенного в объеме цилиндра высотой dh с основанием площадью 1 м²:

где - плотность газа на высоте h (dh настолько мало, что при изменении высоты в этом пределе плотность газа можно считать постоянной). Следовательно,

Воспользовавшись уравнением состояния идеального газа pV=(m/M)RT (m - масса газа, M - молярная масса газа), находим, что

Подставим плотность и получим



С изменением высоты от h₁ до h₂ давление изменяется от p₁ до p₂ т.е.



Выражение называется барометрической формулой. Она позволяет найти атмосферное давление в зависимости от высоты или, измерив давление, найти высоту. Так как высоты обозначаются относительно уровня моря, где давление считается нормальным, то выражение может быть записано в виде

Барометрическую формулу можно преобразовать, если воспользоваться выражением p=nkT:

где n - концентрация молекул на высоте h, n₀ - то же, на высоте h=0. Так как M=m₀N_A ((N_A - постоянная Авогадро, m₀ - масса одной молекулы), а R=kN_A, то

где m₀gh= - потенциальная энергия молекулы в поле тяготения, т.е.

Полученное выражение называется распределением Больцмана для внешнего потенциального поля. Из него следует, что при постоянной температуре плотность газа больше там, где меньше потенциальная энергия его молекул. Если частицы имеют одинаковую массу и находятся в состоянии хаотического теплового движения, то распределения Больцмана справедливо в любом внешнем потенциальном поле, а не только в поле сил тяжести.