3. Изобарический (изобарный) процесс

5. Основное уравнение кинетической теории газов

Основное уравнение устанавливает связь между давлением и кинетической энергией газа. Рассмотрим один моль газа. Определим давление, которое осуществляет молекула на стенку (заштрихованная).

Пусть

Допустим, что какая-то i–тая молекула столкнулась со стенкой и возник упругий удар:.

Из второго закона Ньютона:

. Введем обозначение:

.

Тогда получим выражение: .

Т.к. – концентрация молекул (число молекул в единице объема).

средняя кинетическая энергия всех молекул.

основное уравнение кинетической теории газов.

Формулировка:давление газа прямо пропорционально кинетической энергии хаотического движения молекул.

Следствие: Т. к.Приравняем обе части уравнений, преобразуем и получим:

.

Температура – мера хаотического движения молекул.

6. Распределение энергии молекул по степеням свободы

Число независимых координат, с помощью которых можно описать движение данной системы в пространстве называется числом степеней свободы некоторых переменных.

Спомощью трех координат мы можем определить положение молекулы, состоящей из двух атомов. Двухатомная молекула обладает двумя степенями свободы, трехатомная – 6 степенями свободы.

Теорема: О равномерном распределении энергии по степеням свободы

На каждую степень свободы молекулы приходится одинаковая энергия хаотического движения, которая равна .

предположение Больцмана.

7. Распределение молекул по скоростям

Молекулы в газе движутся с различными скоростями:

,

Первым функцию распределения молекул по скоростям определил Максвелл, поэтому ее называют функцией Максвелла.

Наиболее вероятная скорость:

средняя скорость теплового движения молекул.

Функция распределения молекул по скоростям.

. Если

Учебные наглядные пособия:

Демонстрации:

1.Статистическая закономерность распределения

Подготовка и проведение опыта

Воронку укрепить на доске Гальтона. В воронку вертикально расположенного прибора сначала опустить один металлический шарик и наблюдать, как, падая, он сталкивается с многими гвоздями и совершенно случайно попадает в тот или иной отсек. Затем поочередно опустить еще 2-3 шарика и убедиться в том, что, несмотря на одинаковые условия, эти одиночные шарики попадают совсем в другие, случайные отсеки. Наконец, в воронку высыпать пластмассовые шарики и предоставить им возможность поочередно попадать в отсеки сквозь заслон гвоздей. В результате оказывается, что шарики в отсеках размещаются неравномерно, и, в то же время неслучайно. Процесс будет подчиняться статистическому закону распределения: больше всего шариков будет в среднем отсеке, а в другом шариков будет тем меньше, чем дальше отсек отстоит от середины, но расположение их будет симметрично. Заметить полученное распределение и, повторить опыт. Картина распределения останется прежней.

2. Молекулы и молекулярное движение. 2ч., шк., ч-б, 1959г.;DVD–фильм

Часть 2. Понятие о статических закономерностях.

Распределение молекул по скоростям. Опыт Штерна. Описание установки. Сравнение результатов опыта с теорией Максвелла.

Раздел: Молекулярная физика и термодинамика

Лекция № 9

Основы термодинамики

Основные вопросы, рассматриваемые на лекции:

28. Термодинамический и статистический подходы к макроскопическим системам.

29. Внутренняя энергия идеального газа.

30. Работа и теплота.

31. Первый закон термодинамики.

32. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам и адиабатическому процессу.

Краткое содержание лекционного материала

1. Термодинамический и статистический подходы

Макроскопические параметры выступают как усредненные значения микроскопических характеристик молекул. Температура выступает как усредненная скорость хаотического движения молекул: ~W_k~v²_ср , P~W_k~v²_кв.

Метод, при котором пользуются лишь усредненными значениями огромного числа частиц, называется статистическим.

Термодинамика в отличие от статистической теории изучает макроскопические свойства тел, не интересуясь их микроскопической природой. В основе термодинамики лежит ряд положений.

2. Внутренняя энергия идеального газа