Модуль 2

Молекулярная (Модуль 2.1)

32. Предмет молекулярної фізики. Експериментальні закони ідеального газу. Рівняння Клайперона-Менделєєва.

Ответ: Молекулярная физика изучает физ. Свойства вещества в разных агрегатных состояниях в зависимости от строения и особенностей молекулярного движения.

Основные вопросы: 1) Молекулярное строение и связь его со свойствами. 2) Особенности перехода из одного агрегатного состояния в другое. 3) Явление на границах агрегатных состояний.

Два метода: 1) Термодинамический; 2) Статистический.

Три постулата: 1) Все тела состоят из мельчайших частичек – атомов. 2) Все частички взаимодействуют, и силы взаимодействия зависят от расстояния. 3) Все атомы находятся в хаотичном движении.

Давление некоторой массы газа при неизменной температуре обратно пропорционально объёму газа.

32.2 Закон Гей-Люссака.

Ответ: Пропорциональная зависимость объёма газа от абсолютной температуры при постоянном

32.3 Закон Шарля.

Ответ: ; – давление при нуле градусов.; – температура в Кельвинах. - коф. (зависит от свойств)

32.4 Закон Авогадро. Закон Дальтона.

Ответ: Закон Дальтона: Давления смеси газов равны смеси парциальных давлений этих газов.

Закон Авогадро: Если взять какие-то два газа, которые имеют равные объёмы, температуру, давление, то это возможно тогда, когда число молекул в этих газах одинаковое.

32.5 Объединённый газовый закон, формула Клайперона-Менделеэва.

Формула Клайперона-Менделеэва:

(число Авогадро) (постоянная Больцмана)

33. Барометрична формула

Ответ:

Формула Больцмана:

; n – концентрация молекул.; – концентрация при нулевой высоте. Число Лашмидта =

34. Основное уравнение кинетической теории газов.

4); 5)

35. 5 видов из основного уравнения МКТ.

Ответ: 1) закон Шарля; 2) закон Бойля-Мариотта; 3) закон Авогадро; 4) закон Дальтона; 5) закон Гей-Люссака

36. Распределение Максвелла по скоростям. Опыт Штерна.

Ответ: (36.1 – 36.2)

V

V

Кривая несимметричная выходит из нуля и стремится к нулю при скорости стремящейся к бесконечности.

Первое преобразование:

; – масса одной молекулы.; U – скорость молекулы.; T – температура; К – постоянная Больцмана; n – число молекул.

Второе преобразование:

Третье преобразование:

36.4 Понятие наиболее вероятной скорости, средней квадратической скорости, средней арифметической скорости.

36.5 Опыт Штерна.

Ответ: Из прибора Штерна выкачаем воздух, и в нем поддерживается очень низкое давление. При нагревании серебра в печке, оно нагреется, и из печки вылетают молекулы серебра движущиеся со скоростью их молекулярного движения. Схема цилиндра специально охлаждается, чтобы попадающие на них молекулы «прилипали» к ней, образуя налет серебра. Теперь предположим, что весь прибор привели во вращение. В этом случае молекулы будут попадать в другую точку, лежащую позади 1-ой точки, и налет серебра будет образовываться на ней.

37. Понятие флуктуации. Длина свободного пробега молекул.

37.1 Мера флуктуации. Относительная флуктуация.

Ответ: Флуктуация – отклонение реального чисел молекул от среднего числа молекул в этом объёме.

–относительная флуктуация.

37.2Формула для среднего числа столкновений молекул.

Ответ: – среднее число столкновений молекул.

37.3Формула для средней длины свободного пробега молекул.

Ответ: Средняя длина свободного пробега молекул – среднее постоянное между двумя последовательными столкновениями молекулы.

√

37.4 Понятие эффективного диаметра молекулы.

Ответ: Эффективный диаметр молекулы – то расстояние, на которое могут, сблизится две

молекулы. √√

38. Явления переноса. Стационарная теплопроводность.

Ответ: Явления переноса: 1) Диффузия; 2) Теплопроводность; 3) Внутренние трение. Диффузия – процесс выравнивания концентрации молекул.

Теплопроводность – процесс выравнивания температуры за счет хаотического движения молекул.

Внутреннее трение – свойство твердых тел необратимо превращать в теплоту механическую энергию, сообщенную телу в процессе его деформации.

39. Вычисление коф. теплопроводности газов.

39.1 Выражение коф. теплопроводности через молекулярно-кинетические параметры.

Ответ: ; k – коф. теплопроводности; n – концентрация молекул; – средняя скорость молекул; K – постоянная Больцмана.

39.2 Понятие стационарной теплопроводности.

Ответ: Стационарная теплопроводность – это когда температура на текущих сред. поддерживается одинаковой.

40. Внутреннее трение в газах.

40.2 Выражение коф. внутреннего трения через молекулярно-кинетические параметры.

Ответ: ; η – коф. внтр. трения; λ – сре. длина свободного пробега молекул;

–плотность; – сре. скорость молекул.

41.Молекулярная теория диффузии в газах.

41.1Какая физическая величина переносится при диффузии.

Ответ: При диффузии переносится концентрация молекул.

41.2Выражение коф. диффузии через молекулярно-кинетические параметры. Ответ:

41.3Взаимосвязь между коф. диффузии, теплопроводности и внутреннего трения.

Ответ: Во всех трех случаях принимают участие параметры и λ.

42. Распределение энергии молекул идеального газа по степеням свободы.

Ответ: Степени свободы – число независимых параметров, которые необходимы, для того чтобы однозначно определить положение тела.

42.1Число степеней вольности многоатомной молекулы. Ответ:

1) Одноатомная молекула – 3

2) Двухатомная молекула – 5

3) Трёхатомная молекула – 6

4) Многоатомная любая молекула – 6

5) Линейная трёхатомная молекула – 4

42.2Зависимость энергии многоатомной молекулы от числа степени свободы.

Ответ: На одну степень свободы в поступательном и вращательном движении находится энергия равная . На одну степень движения в колебательном движении приходится энергия равная

KT.

42.3 Энергия 1-го моля многоатомного идеального газа при высоких и низких температурах. Ответ:

43. Теплоемкость газов.

43.1 Понятие малярной и удельной теплоемкости.

Ответ: Теплоемкость – количество теплоты поглощаемого телом при нагревании его на 1 градус. Удельная теплоемкость – кол. Тепловой энергии, необходимой для повышения температуры, 1 кг. вещества, на 1 градус.

Молярная теплоемкость – это теплоемкость одного моля вещества.

теплоемкость при постоянном объёме; R – универсальная газовая постоянная.

44. Внутренняя энергия как функция состояния. Работа расширения газов при изопроцессах.

44.1 Работа газа при изотермическом, изобарном и изохорном процессе.

Ответ: Изотермический - термодинамический процесс, происходящий при постоянной температуре.

График – гипербола.

T – const

Изобарный – термодинамический процесс, происходящий при постоянном давлении и постоянной массе идеального газа.

График – прямая. P- const

Изохорный – термодинамический процесс, который происходит при постоянном объёме. Работа равна нулю.

График – прямая. V – const

W=0

44.2 Панятие параметры состояния, функции состояния.

Ответ: Параметры состояния – внутренняя энергия, энтропия, температура, давление, объём. Функция состояния – функция независимых параметров, определяющих равновесное состояние термодинамической системы.

45. Первое начало термодинамики. Ответ:

1)Внтр. энергия термодинамической системы является однозначной функцией состояния.

2)Изм. внтр. энергии при переходе из одного состояния в другое не зависит от пути перехода, а зависит только от начального и конечного состояния.

3)Теплота, проходящая к системе, идет на увеличение внтр. энергии плюс работы.

4)Вечный двигатель невозможен, так как нельзя совершить работу, не подводя теплоты и не меняя внтр. энергии.

46. Адиабатный процесс. Работа адиабатного расширения идеального газа.

46.1 Понятие адиабатного процесса.

Ответ: Адиабатный процесс – термодинамический процесс, при котором нет обмена с окружающей средой.

График – гипербола. dQ=0

46.2 Уравнение Пуассона в параметрах P – T; T – V.

Ответ: Уравнение Пуассона в параметрах давление-температура:

Уравнение Пуассона в параметрах температура-объём:

Уравнение Пуассона в параметрах давление-объём:

47. Обратимые и не обратимые процессы. Основные понятия, которыми пользуется термодинамика.

47.1 Понятие равновесного и стационарного состояния.

Ответ: Равновесное состояние системы – это когда параметры системы, от которых это зависит, во всех её частях как угодно долго постоянны, за счет внтр. сил.

Стационарное состояние системы – это когда все параметры, во всех её частях, остаются постоянными. Оно может существовать как угодно долго, за счет внешних сил.

Время релаксации – время перехода из одного состояния в другое.

47.2 Понятие неравновесного и метастабильного состояния.

Ответ: Метастабильное состояние – состояние неустойчивости равновесия, в котором система может, находится длительное время, не переходя в более устойчивое.

Неравновесное состояние – состояние системы выведенного из термодинамического равновесия.

47.3 Понятие равновесного процесса.

Ответ: Равновесный процесс – процесс, при котором скорость нарушения состояния равновесия меньше скорости релаксации.

47.4 Понятие оборотного процесса.

Ответ: Оборотный процесс – если система может, вернутся в исходное положение через те же промежуточные состояния.

47.5 Понятие цикла.

Ответ: Цикл – система меняется, а потом возвращается в начало.

48. Цикл Карно и его КПД.

48.1 Цикл Карно в координат P – V.

Ответ: Цикл Карно – цикл, который состоит из двух изотерм и двух адиабат.

P

изотерма

адиабат

V

48.2 Понятие КПД теплового двигателя.

Ответ: КПД теплового двигателя – отношение совершенной полезной работы двигателя, к энергии, полученной от нагревателя.

48.3 КПД теплового двигателя Карно. Ответ:

48.4 Теорема Карно. Ответ:

I часть: все обратимые тепловые машины, где используется цикл Карно имеют одинаковые КПД, независимо от рабочего тела, которое с ним работает, если они работают с общим нагревателем и общим холодильником.

II часть: Две машины Карно работают, одна обратимая, другая нет, то КПД необратимой машины меньше, чем КПД обратимой машины Карно, если температуры нагревателя и холодильника равны.

49. Второй закон термодинамики.

49.1 Формулировка Планка. (второго закона термодинамики)

Ответ: Невозможен такой периодический процесс, единым результатом которого было бы превращение теплоты в работу.

49.2 Формулировка Клаузиуса. (второго закона термодинамики)

Ответ: Невозможен процесс, при котором теплота самопроизвольно переходила бы от более холодного к более горячему.

49.3 Формулировка Томсона. (второго закона термодинамики)

Ответ: Невозможно построить тепловую машину, которая вырабатывала бы работу за счет внтр. энергии более холодного тела.

50. Понятие про энтропию. Примеры вычисления энтропии.

50.2 Объединённая формулировка.

Ответ: Невозможно построить машину в которой КПД=100%. (вечный двигатель второго порядка невозможен)

( ) ∑ ( )

50.3 Изм. энтропии при плавлении.

Ответ: ; λ – удельная теплота плавления.

50.4 Изм. энтропии при нагревании.

Ответ: ; c – сре. значение удельной теплоемкости.

50.5Изм. энтропии при адиабатическом расширении. Ответ:

50.6Изм. энтропии при изотермическом расширении. Ответ:

51. Выражение второго закона термодинамики для необратимых процессов. Ответ:

Обобщенное выражение для обратимых и необратимых процессов.

52. Статистическое толкование второго закона термодинамики. Связь между энтропией и термодинамической вероятностью.

Ответ: В замкнутой изолированной системе все реальные процессы происходят с увеличением энтропии. Условием равновесия в замкнутой реальной сис. является максимум энтропии.

52.2 Загальна формула для обчислення числа мікророзподілів даного макророзподіла.

Наибольшая вероятность –равномерное распределение.

52.3 Уравнение Больцмана для энтропии.

Ответ: ; S – энтропия; W - термодинамическая вероятность; К – постоянная Больцмана.

53. Реальный газ. Уравнение Ван дер Вальса.

54. Применение уравнения Ван дер Вальса для фазового перехода жидкости – пар. Ответ:

56. Испарение и равновесие между паром, жидкостью и твердым телом. Фазовые переходы.

56.2 Понятие пресыщенного пара.

Ответ: Пересыщенный пар – пар, давление которого выше давления насыщенного пар, при тех же условиях.

Насыщенный пар – пар, находящийся в равновесии с жидкостью, того же химического состава. Сублимация – это процесс перехода вещества из газообразного состояния в твердое, меняя каждую фазу.

Фаза – однородная часть системы, которая отдалена от других частей границами, которая может механически удалена из системы без изменения свойств.

56.3Фазовые переходы по Эренфесту. Ответ:

I рода: Такие, где энтропия и объём меняются скачками..

II рода: Такие, где термодинамические коф. меняются скачками, а энтропия и объём меняются плавно.

56.49типов фазовых переходов.

4)Полимафиф превращение

5)Упорядочение

8)Переход в сверхтекучее состояние

9)Переход в сверхпроводящее состояние

57. Поверхностное натяжение. Капиллярные силы.

57.1 Понятие силы поверхностного натяжения.

Ответ: Силы поверхностного натяжения – сила испытываемая молекулами жидкости на поверхности жидкости.

57.2 Формула Лапласа для мениска любой формы.

Ответ: Мениск – искривленная поверхность жидкости в месте её соприкосновения с поверхностью твердого тела.

;r – радиус кривизны поверхности.

57.4Дополнительное давление жидкости между двумя пластинами расположенных на малом расстоянии d.

– критическая температура.