Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методологические основы курса физики. Учебно-методичеcкое пособие
.pdf
Энергия Ферми
Энергия вращения мо-
лекул
Энергия стационарных
состояний атома
Энергия молекул
Энергия отдачи
Ядерная физика
Удельная энергия связи
Энергия образования
ядер (энергия связи)
Энергия активации
Энергия расщепления
ядер
Энергия реакции
Энергия колебаний ядер
Колебания и волны
Энергия гармоническо-
го колебательного дви-
жения
Маятник
Оптика
Поток световой энергии
Световая энергия
Энергия фотона
221
Средняя энергия излу-
чения частоты
Плотность энергии (лу-
чеиспускательная спо-
собность абсолютно
черного тела)
СТО
Полная энергия
Кинетическая
Преобразования Ло-
уренца
При отсутствии внеш-
него поля
Гамильтониан заря-
женной частицы во
внешнем электромаг-
нитном поле
Релятивистская физика
Энергия покоя
Потенциальная энергия
тела в гравитационном
поле
Электричество и магнетизм
Электрическое поле
ионизации
заряженного проводни-
ка
заряженного конденса-
тора
диполя в электрическом
поле
в цепи постоянного тока
системы зарядов
222
Магнитное поле
Свободная энергия маг-
нетика
Магнитного поля
Внутренняя энергия
магнетика
Свободная энергия маг-
нитного поля
Магнитной анидотро-
пии
Электромагнитное поле
Плотность энергии
электромагнитного по-
ля
Свободная энергия еди-
ницы объема
Плотность потока элек-
тромагнитной энергии
223
Приложение 4
Название учебника:
Физика: Молекулярная физика и термодинамика с основами общей астрономии: учеб. для 7 кл.
общеобразоват. учреждений/ АА Фадеева, Д.Ф. Киселев, А.В. Засов, З.В. Кононович; под ред.
А.А. Фадеевой. - М.: Просвещение, 2000. - 206 с.
Основная информация о температуре
Молекулярная физика. Основы термодинамики.
При постоянной температуре давление насыщенного пара не зависит от его объема;
С повышением температуры давление пара растет и в достаточно нагретой жидкости
давление внутри пузырьков можно считать равной давлению насыщенного пара;
При повышении температуры давление насыщенного пара увеличивается и пузырьки
«растут» в размерах.
Температура, при которой жидкость кипит, называется температурой кипения.
Температура, при которой вещество плавится, называется температурой плавления веще-
ства.
Температура, при которой вещество отвердевает (кристаллизуется), называется температурой
отвердевания (кристаллизации).
Вещества отвердевают при той же температуре, при которой они плавятся.
Количество теплоты, полученное при нагревании или отданное при охлаждении, рассчитывается по формуле: Q = cmΔt .
Удельная теплоемкость вещества показывает, какое количество теплоты потребляется для на-
гревания 1 кг вещества на 1 (или какое количество теплоты выделится при охлаждении 1 кг
вещества на 1 ).
Удельная теплота парообразования показывает, какое количество теплоты потребуется для того, чтобы 1 кг данного вещества превратить в пар при температуре кипения (или какое количество теплоты выделится при превращении 1 кг пара в жидкость при температуре, равной температуре кипения): L=Q/m.
Название учебника:
Громов С.В., Родина Н.А Физика: учеб. для 7 кл. общеобразовательных учрежд. - 22е изд.-М.:
Просвещение, 2000. - 158с.
Основная информация о температуре:
Строение вещества.
Самопроизвольное перемешивание веществ называется диффузией.
Скорость протекания диффузии увеличивается с ростом температуры.
Давление твердых тел, жидкостей и газов
Если масса и температура газа остаются неизменными, то при увеличении объема газа его давление увеличивается. А при увеличении объема давление уменьшается.
Название учебника:
Перышкин А.В. Физика 8 кл.: учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. - М.: Дрофа, 2000.-
192 с.
Основная информация о температуре:
Тепловые явления.
Такими словами, как «холодный», «теплый» и «горячий» мы указываем на различную сте-
пень нагретости тел. Температура горячей воды выше температуры холодной. Температуру измеряют с помощью термометра, а единицей температуры является градус.
Тепловые явления - явления, связанные с нагреванием или охлаждением тел, с изменением
температуры.
Диффузия при более высокой температуре происходит быстрее. Скорость движения моле-
Обобщение знаний о понятии «температура»
224
кул и температура связаны между собой.
Чем быстрее движутся молекулы, тем выше температура.
С повышением температуры внутренняя энергия тела уменьшается.
Чем больше масса тела, тем больше количество теплоты надо затратить, чтобы изменить его
температуру на одно и то же число градусов.
Количество теплоты зависит от разности температур тела.
Количество теплоты, которое необходимо передать телу массой 1 кг для того, чтобы его
температура изменилась на 1 , называется удельной теплоемкостью вещества.
Чтобы рассчитать количество теплоты, необходимое для нагревания тела, или выделяемое
при охлаждении, следует удельную теплоемкость умножить на массу тела и на разность между
конечной и начальной температурами:
Q = cm ( - )
Изменение агрегатных состояний вещества
Температуру, при которой вещество плавится, называют температурой
плавления вещества.
Температура, при которой вещество отвердевает (кристаллизуется), называют температу-
рой отвердевания или кристаллизации.
Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо сообщить кри-
сталлическому телу массой 1 кг, чтобы при температуре плавления полностью перевести его в
жидкое состояние, называется удельной теплотой плавления (λ).
При температуре плавления внутренняя энергия вещества в жидком состоянии больше
внутренней энергии такой же массы вещества в твердом состоянии.
Чтобы вычислить количество теплоты Q, необходимое для плавления кристаллического тела
массой m, взятого при температуре плавления и нормальном атмосферном давлении, нужно
удельную теплоту плавления λ умножить на массу тела m: Q = mλ.
Испарение должно происходить при любой температуре.
Испарение происходит тем быстрее, чем выше температура жидкости.
Температуру, при которой жидкость кипит, называют температурой кипения.
Во время кипения температура жидкости не меняется.
С ростом давления увеличивается температура кипения жидкости.
Температура кипения жидкости с увеличением высоты уменьшается.
Температура, при которой пар находящийся в воздухе, становится насыщенным, называется
точкой росы.
Название учебника:
дин, В.А. Орлов и др.; под ред. А.А. Пинского. - М.: Просвещение, 1993. - 416 с.
Основная информация о температуре:
Молекулярная физика.
Изменение скорости хаотического движения молекул связано с изменением температуры тела.
Температура как макроскопический физический параметр определяет возможность теплопередачи от одного тела к другому и направление теплопередачи.
Абсолютный нуль - предельно низкая температура.
p=nkT - давление газа пропорционально концентрации молекул и его абсолютной температуре.
= = kT
Уравнение Клапейрона - Менделеева:
pV = RT
Уравнение состояние идеального газа:
р= RТ
Изотермическим называется процесс, протекающий при постоянной температуре (Т= const).
225
Закон Бойля-Мариотта: при постоянной температуре и неизменных значениях массы газа и
его молярной массы произведение давления газа на его объем должно оставаться постоянным:
pV=const.
Изохорным процессом называется процесс, протекающий при неизменном объеме (V= const,
T= const).
Закон Шарля: уравнение изохорного процесса при условии m=const и M=const имеет вид:
= const или p = αT, где α - температурный коэффициент.
Изобарным процессом называется процесс, протекающий при неизменном давлении (p=const).
Закон Гей-Люссака: уравнение изобарного процесса при условии m=const и M=const имеет
вид:
= const или V = αT.
Уравнение Ван-дер-Ваальса для одного моля реального газа: (p + )(V - b) = RT, где а – по-
стоянная, зависящая от вида газа; b – так называемый «запрещенный объем»
(b = ).
Температура, при которой находящийся в воздухе водяной пар становится насыщенным, называется точкой росы.
Внутренняя энергия газа, состоящего из N молекул, равна U = .
Внутренняя энергия идеального газа зависит только от одного параметра - его абсолютной тем-
пературы: U = f(T).
Количество теплоты, необходимое для нагревания тела, определяется по формуле: Q=cmΔT.
Внутреннюю энергию, теряемую телом при изменении его температуры без изменения объема,
нельзя использовать для совершения механической работы.
T = const – уравнение адиабаты.
Максимальный коэффициент полезного действия идеального цикла может быть выражен через
температуру нагревателя ( и холодильника :
=
Название учебника:
Мякишев Г.Я. Физика: учеб. для 10 кл. общеобразоват. учреждений /Мякишев, Буховцев, Сотский - 15-е изд.-М.: Просвещение, 2006.-366 с.
Основная информация о температуре:
Молекулярная физика. Тепловые явления.
Температура характеризует степень нагретости тела (холодное, теплое, горячее).
Температура характеризует состояние теплового равновесия системы тел: все тела системы,
находящиеся друг с другом в тепловом равновесии, имеют одну и ту же температуру.
Θ = kT - где k - коэффициент пропорциональности, Θ - температура, выраженная в
энергетических единицах, Т - температура, выражаемая в градусах ( абсолютная температура).
= kT – по этой формуле вводится температурная шкала (в градусах), не зависящая
от вещества, используемого для измерения температуры.
Предельную температуру, при которой давление идеального газа обращается в нуль при фиксированном объеме или объеме идеального газа, стремящемся к нулю при неизменном давлении, называют абсолютным нулем температуры.
Нулевая температура по абсолютной шкале (ее называют также шкалой Кельвина) соответ-
ствует абсолютному нулю, а каждая единица температуры по этой шкале равна градусу по
шкале Цельсия.
Единица абсолютной температуры в СИ называется Кельвином.
Абсолютная температура есть мера средней кинетической энергии движения молекул.
kT - средняя кинетическая энергия хаотического поступательного движения молекул
226
газа пропорциональна абсолютной температуре.
р=nkТ - зависимость давления газа от концентрации молекул и температуры.
Закон Авогадро: в равных объемах газов при одинаковых температурах и давлениях содержит-
ся одинаковое число молекул.
= 3 - выражение для среднего квадрата скорости.
= - средняя квадратичная скорость.
Между термодинамическими параметрами существует связь, даваемая уравнением состояния.
Все подчиняются уравнению Менделеева- Клапейрона: pV = RT,
Где p – давление, V – объем, m – масса газа, M – молярная масса, T – абсолютная температура,
R – универсальная газовая постоянная.
Уравнение состояния содержит в себе в качестве частных случаев газовые законы, связывающие изменение двух термодинамических параметров при неизменном значении третьего.
Для данной массы газа:
А) при Т = const, pV = const (закон Бойля – Мариотта);
Б) при p = const, = const (закон Гей - Люссака);
В) при V = const, = const (закон Шарля).
Концентрация молекул насыщенного пара при постоянной температуре не зависит от его
объема.
=nkT – давление насыщенного пара не зависит от объема, а зависит только от температуры.
Давление растет не только вследствие повышения температуры жидкости, но и вследствие увеличения концентрации молекул (плотности) пара.
По мере увеличения температуры жидкости интенсивность испарения увеличивается.
Чем больше внешнее давление, тем выше температура кипения.
Уменьшая внешнее давление, мы тем самым понижаем температуру кипения.
Чем выше давление насыщенного пара, тем ниже температура кипения.
U = – внутренняя энергия идеального газа.
Внутренняя энергия идеального одноатомного газа прямо пропорциональна его абсолютной
температуре.
Внутренняя энергия U макроскопических тел однозначно определяется параметрами, характеризующими состояние этих тел: температурой и объемом.
Для нагревания тела массой m от температуры до температуры необходимо передать ему
количество теплоты: Q = сm ( - ), где с – удельная теплоемкость.
Удельная теплоемкость - это количество теплоты, которое получает или отдает 1 кг вещества
при изменении его температуры на 1 К.
Количество теплоты, необходимое для превращения при постоянной температуре 1 кг жидкости в пар, называют удельной теплотой парообразования (r).
Количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг кристаллического вещества при температуре плавления в жидкость той же температуры, называют удельной теплотой плавления
(λ).
КПД тепловой машины: = .
Главное значение этой формулы состоит в том, как доказал Карно, что любая реальная тепловая машина, работающая с нагревателем, имеющим температуру , и холодильником с температурой , не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины.
Основы электродинамики.
Если при температуре, равной 0 , сопротивление проводника равно , а при температуре t
оно равно R, то относительное изменение сопротивления прямо пропорционально изменению
температуры t: αТ = , где α – температурный коэффициент сопротивления. Температурный
227
коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления проводника при нагревании на 1 К.
Сверхпроводимость наблюдается при очень низких температурах – около 25К.
Название учебника:
Касьянов В.А. Физика 10 кл.: учебн. для общеобразоват. учреждений. - 6-е изд., стереотип.-М.:
Дрофа, 2004.-416 с.
Основная информация о температуре:
Молекулярная физика
Температура тела - мера средней кинетической энергии хаотического поступательного дви-
жения молекул.
= kT
Абсолютный нуль температуры (О К) - температура, при которой должно прекратиться движение молекул.
При абсолютном нуле температуры средняя кинетическая энергия молекул равна нулю.
Средняя квадратичная скорость = .
Основное уравнение молекулярно – кинетической теории идеального газа:
p = n .
р=nkТ – это соотношение позволяет по двум макроскопическим (давлению и температуре газа)
оценить микроскопический параметр (концентрацию молекул).
Уравнение Клапейрона-Менделеева - уравнение состояния идеального газа, связывающее
три макроскопических параметра (давление, объем и температуру) данной массы газа: pV =
RT.
Изотермический процесс - процесс изменения состояния определенной массы газа при посто-
янной температуре (Т= const, m = const).
Закон Бойля-Мариотта: для газа данной массы при постоянной температуре произведение
давления газа на его объем постоянно: = .
Изобарный процесс - процесс изменения состояния определенной массы газа при постоянном
давлении (р= const, m= const).
Закон Гей-Люссака: для газа данной массы при постоянном давлении отношение объема газа
к его термодинамической температуре постоянно:
= .
Изохорный процесс - процесс изменения состояния определенной массы газа при постоянном
объеме (V= const, m = const).
Закон Шарля: для газа данной массы отношение давления газа к его термодинамической тем-
пературе постоянно: = .
Термодинамика
Средняя кинетическая энергия одного атома: = kT
Внутренняя энергия одноатомного газа U =
Внутренняя энергия данной массы идеального газа зависит лишь от одного макроскопического
параметра - термодинамической температуры.
Внутренняя энергия двухатомного газа U =
А = ( ) , работа, совершаемая газом в процессе его расширения (сжатия) при любом
термодинамическом процессе, численно равна площади под кривой, изображающей изменение
состояния газа на диаграмма р, V.
Максимальное значение КПД тепловых двигателей, соответствующее циклу Карно: =
228
, где - температура нагревателя, - температура холодильника.
Жидкость и пар
Критическая температура - максимальная температура, при которой пар превращается в
жидкость.
Критическая температура зависит от потенциальной энергии взаимодействия молекул и поэтому различна для разных газов.
Удельная теплота испарения (парообразования) - количество теплоты, необходимое для ис-
парения (парообразования) 1 кг жидкости при постоянной температуре (r).
Давление насыщенного пара при данной температуре - максимальное давление, которое
имеет пар над жидкостью при этой температуре.
Кипение - парообразование, происходящее во всем объеме жидкости при определенной температуре.
Температура кипения - температура, при которой давление насыщенного пара жидкости начинает превосходить внешнее давление на жидкость.
Температура кипения зависит от внешнего давления на жидкость.
Температура кипения остается постоянной в процессе кипения.
Твердое тело
Удельная теплота плавления (λ) – количество теплоты, необходимое для плавления 1 кг ве-
щества при температуре плавления.
= λm – количество теплоты, требуемое, чтобы расплавить массу m.
Название учебника:
Касьянов В.А. Физика. 11 кл.: Учебн. Для общеобразоват. Учреждений. - 4-е изд., стереотип. М.: Дрофа, 2004. - 416 с.
Основная информация о температуре:
Электродинамика
На характер движения электронов в проводнике влияет температура проводника.
При малой температуре амплитуда тепловых колебаний атомов и ионов около положения равновесия невелика, и электроны почти беспрепятственно движутся в кристаллической
решетке металлического проводника под действием электрического поля.
С увеличением температуры ( ) и амплитуда колебаний возрастает.
Удельное сопротивление металлического проводника линейно возрастает с температурой:
= (1+αΔT), где - удельное сопротивление при = 20 ( ); α – температур-
ный коэффициент сопротивления.
Удельное сопротивление полупроводников уменьшается с увеличением температуры.
Критическая температура - температура скачкообразного перехода вещества из нормального
состояния (Т> Ткр) в сверхпроводящее (Т<Ткр).
Изотопический эффект - зависимость критической температуры от массы ионов в кристаллической решетке.
Для разных изотопов с массой одного и того же химического элемента критическая темпе-
ратура их перехода в сверхпроводящее состояние оказалась различной: Ткр - .
Это означало, что на резкое изменение характера движения электрона при критической температуре оказывает влияние структура кристаллической решетки.
Температура Кюри - критическая температура, выше которой происходит переход вещества
из ферримагнитного состояния в парамагнитное.
Электромагнитное излучение
Абсолютно черное тело - тело, поглощающее всю энергию падающего него излучения любой
частоты при произвольной температуре.
Формула Рэлея – Джинса: = 2 k , где - спектральная плотность энергетической светимости; k - постоянная Больцмана.
Чем больше температура Т нагретого абсолютно черного тела, тем большее число частиц, вхо-
229
дящих в его состав, обладает высокой энергией. Поэтому при увеличении температуры тела
от до возрастает энергия теплового излучения на всех частотах, а максимум излучательной способности (при частоте ) смещается в область больших частот ( > ).
Закон смещения Вина: = T, где - коэффициент пропорциональности.
Частота, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела, прямо пропорциональна его абсолютной температуре. Учитывая
связь частоты с длиной волны излучения, закон смещения Вина можно представить в виде T
= b, где b – постоянная Вина.
Произведение длины волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости черного тела, и его температуры есть величина постоянная.
Интегральная светимость абсолютно черного тела зависит только от его температуры: =
σ , где σ – постоянная Стефана – Больцмана.
Интегральная светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его
термодинамической температуры.
Физика высоких энергий
Реакция слияния легких ядер могут протекать лишь при температурах порядка сотен миллионов градусов и поэтому называются термоядерными.
Термоядерный синтез - реакция, в которой при высокой температуре, большей К, из лег-
ких ядер синтезируются более тяжелые.
230
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]