Геологический факультет. Шпаргалка 1 курс. / Физика / vopros_23_24_25_26_27_39
.doc
Билет №27 "Инерциальные системы координат.Механический принцип относительности. Преобразование координат Галилея.Теорема сложения скоростей в классической механике.Границы применимости классической механики"
1)Инерциальная система Система отсчета, которая движется прямолинейно и равномерно или находится в состоянии покоя. 2)Механический принцип относительности: Во всех инерциальных системах отсчета механические явления протекают одинаково. 3)Преобразования Галилея.
4)Границы применения классической механики.
№27 №27 |
Вопрос №26 «Термодинамический и молекулярно-кинетический методы изучения макроскопических тел. Термодинамические параметры. Единицы измерения. Понятие идеального газа.» 1) Термодинамический и молекулярно-кинетический методы изучения макроскопических тел. Все теpмодинамические системы подчиняются общему закону макpоскопической необpатимости, суть котоpого состоит в следующем: если система замкнута (не обменивается энеpгией с окpужающей сpедой) и поставлена в неизменные внешние условия, то, из какого бы состояния она не исходила, в pезультате внутpенних пpоцессов чеpез опpеделенное вpемя система непpеменно пpидет в состояние макpоскопического покоя, называемое термодинамическим pавновесием . В теpмодинамическом pавновесии какие бы то ни было макроскопические пpоцессы (механическое движение, теплопеpедача, химические pеакции, электpические pазpяды и т.д.) пpекpащаются. Однако не пpекpащаются микpоскопические пpоцессы (атомы движутся, химические pеакции с участием отдельных молекул пpодолжают пpоисходить и т.д.). Если система пpишла в состояние теpмодинамического pавновесия, то она сама собой не выйдет из него, т.е. пpоцесс пеpехода системы в состояние pавновесия необpатим. Отсюда и название закона - закон макpоскопической необpатимости. Закон макpоскопической необpатимости не имеет исключений. Он касается всех без исключения теpмодинамических систем, а системы могут быть чpезвычайно pазнообpазными. Поэтому понятие теpмодинамического pавновесия в теpмодинамике занимает центpальное место. Оно пpостое по содеpжанию и очень емкое по объему, так как включает в себя множество частных случаев pавновесия. Остановимся на некотоpых из них. Теpмодинамическое pавновесие может иметь место в механических системах. Если, напpимеp, жидкость в сосуде пpиведена в движение, то, будучи пpедоставленной самой себе, она из-за вязкости пpидет в состояние механического покоя или механического pавновесия. Если холодное и гоpячее тела пpиведены в тепловой контакт, то спустя некотоpое вpемя их темпеpатуpы непpеменно выpавняются - наступит тепловое pавновесие . Если в замкнутом сосуде находится жидкость, котоpая испаpяется, то наступит момент, когда испаpение пpекpатится. В сосуде установится фазовое pавновесие между жидкостью и ее паpом. Если в жидкости или в газе начался пpоцесс диссоциации молекул (сопpовождающийся обpатным пpоцессом их pекомбинации), то установится ионное pавновесие, пpи котоpом сpеднее число ионов в жидкости будет постоянным. Если в некотоpой смеси веществ идут химические pеакции, то спустя опpеделенное вpемя в неизменных внешних условиях (постоянные темпеpатуpа и давление) установится химическое pавновесие, пpи котоpом количества химических pеагентов не будут изменяться. Как видим понятие теpмодинамического pавновесия включает в себя большое число частных видов pавновесия. В конкpетных задачах обычно имеют дело с каким-нибудь одним или двумя видами pавновесия. Пpи pассмотpении общих теоpетических вопpосов можно говоpить о теpмодинамическом pавновесии в шиpоком смысле слова. 2) Термодинамические параметры. Единицы измерения. Основные термодинамические параметры - давление, температура и удельный объем, характеризующие состояние термодинамической системы. Давление - физическая скалярная величина, равная отношению: - перпендикулярной составляющей силы, равномерно распределенной по поверхности тела; к - площади этой поверхности. Измеряется в Паскалях [Па] Плотность - скалярная величина, измеряемая для однородных тел отношением массы тела к его объему. Измеряется в [кг/м3] Абсолютная температура - температура, измеренная по шкале Кельвина и отсчитываемая от абсолютного нуля. Измеряется в Кельвинах [К] 0 К = -273 ОС (абсолютный нуль) №34 → №34 |
Билет №23 Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов Давление возникает в результате ударов молекул о стенки сосудов. Рассмотрим поведение одной произвольно выбранной молекулы i идеального газа, находящейся в сосуде, имеющем форму куба (рис.1). Пусть υ, - ее скорость, направленная перпендикулярно стенке сосуда, а тi, - масса. При упругом ударе молекула сообщает стенке импульс miυi, после удара ее импульс станет равным - miυi. Следовательно, импульс молекулы изменится на miυi - (-miυi) = 2miυi. По второму закону Ньютона,
Если в кубе, длина ребра которого равна l, находится п молекул, то вследствие беспорядочного движения молекул и равновероятности всех направлений можно считать, что 1/3n молекул движется вдоль оси X, 1/3n - вдоль оси Y, 1/3n молекул - вдоль оси Z. Чтобы найти среднюю силу давления газа, следует подсчитать сумму импульсов всех молекул, ударяющихся о стенку за определенное время. От удара до следующего удара о ту же грань молекула проходит путь, в среднем равный 2l. Интервал времени между двумя этими ударами равен ti = 2l/υ.. Определим теперь среднюю силу, с которой действует на одну из стенок сосуда одна молекула. В уравнение (2.22) подставим время ti между двумя ударами: Fi(2l/υi) = 2miυi, откуда Молекулы газа движутся с различной скоростью (υ1, ..., υ,, ..., υ,.); следовательно, они сообщают стенке сосуда и различные импульсы. Выберем какое-либо одно направление движения молекул (например, Рис. 1 вдоль оси X). Между двумя противоположными гранями куба в этом направлении движется 1/3всех молекул, и суммарная сила ударов об одну грань В идеальном газе т1 = т2 = ... = тn = т, поэтому 2.23 Умножив и разделив правую часть равенства (2.23) на n, получим Выражение, стоящее в скобках, есть квадрат средней квадратической скорости движения молекул →
|
||
Билет № 23 «Уравнение и постоянная Больцмана. Уравнение М-К. Универс. газ. постоянная. Зак. Дальтона и Авогадро.» Уравнение идеального газа. T=const |=> pV= const p=const |=> V/T= const V=const |=> p/T=const pV/T=const M~N pV/T=k*N k – постоянная Больцмана k=1,38*10e-23 Дж/моль p=knT N=ν*NA=M* NA /μ pV/T=kM NA/ μ k* NA =1,38*10e-23*6,02*10e23=8,31 Дж/моль=R R – универсальная газовая постоянная. pV/T=MR/ μ – закон Менделеева-Клаперона. Закон Дальтона. nсм.=n1+n2+… p см./(kT)= p1/(kT)+ p 2./(kT)+… p см.= p1+ p 2+… p см. – парциальное давление смеси. Закон Авогадро. Газы при одной температуре, занимающие один объем, имеют одинаковое количество молекул. Один моль заза при температуре 10 0C и давлении в одну атмосферу будет занимать объем 22,4 л.
№36 №36 |
Билет №24 «Максвельское распределение молекул по скоростям. Наивероятнейшая, средняя и среднеквадратичная скорости молекул. Опыт Штерна» 1)Максвельское распределение молекул по скоростям. Максвельское распределение - распределение молекул идеального газа по скоростям их теплового движения в макроскопических системах, находящихся в состоянии равновесия термодинамического и подчиняющихся законам классической статистики. Согласно распределению Максвелла вероятность того, что проекция скорости v одноатомной молекулы находится в пределах от vx до vx+dvx, равна dW(Vx)=pow((m/2ПkT),1/2)exp(-m*pow(Vx,2)/2kT)dVx, //Покров, не делай таких глаз, эта формула на языке С++. Ты не забыл, с кем имеешь дело? где m – масса молекулы, Т – абсолютная температура , k – постоянная Больцмана. Вероятность того, что значение скорости молекулы лежит в пределах от V до V+dV, равна: dW(V)=4П*pow((m/2ПkT),3/2)exp(-m*pow(v,2)/2kT)pow(v,2)dv. 2) Наивероятнейшая, средняя и среднеквадратичная скорости молекул. Корень квадратный из <pow(v,2)> называется средней квадратичной скоростью. Vср.кв.=sqrt(<pow(v,2)>)=sqrt(3kT/m). 3) Опыт Штерна Опыт Штерна – опыт, в котором доказано наличие у атомов магнитного момента, дискретно ориентирующегося во внешнем магнитном поле. Узкий пучок атомов Ag проходил через область неоднородного магнитного поля и затем осаждался на пластине Р. Разделение пучка атомов Ag на 2 подтвердило существование квантования пространственного магнитного момента атома.
№37 №37 |
Билет №24 "Больцмановское распределение молекул в потенциальном поле.Барометрическая формула.Объединенное распределение молекул Максвелла-Больцмана" 1)Барометрическая формула Давление на высоте h равно 2) Распределение Больцмана Заменим в показателе экспоненты отношение равным ему отношением (m масса молекулы, k-пост Больцмана).Заменим p на .Сократим на : При Абсолютном нуле все молекулы расположились бы на земной поверхности. 3)Р аспределение молекул Максвелла-Больцмана №38 №38 |
||
|
Билет №25 «Молекулярно-кинетическая природа явлений переноса. Внутренне трение. Теплопроводность, диффузия. Связь коэффициентов между собой» Явления переноса – явления возникающие в телах и связанное с явлением импульса, энергии, и массы.
U – скорость движения дрейфующей частицы. grad – векторный показатель показывающий направление и величину изменения скорости.
Уравнение теплопроводности. №40 → №40
|
Билет №26 «Внутренняя энергия системы как функция состояния. Способы изменения внутренней энергии системы. Теплота и работа как ф-ии процесса перехода. Первое начало термодинамики» 1)Внутренняя энергия системы – сумма всех видов кинетической и потенциальной энергии всех составных частей системы: молекул, атомов, электронов и т.д. Внутренняя энергия системы является однозначной функцией её состояния, т.е. в каждом определённом состоянии система обладает вполне определённым значением внутренней энергии. 2)Допустим, что система переходит из состояния с энергией U1 в состояние с энергией U2. изменение внутренней энергии системы может произойти, если: а) система получает извне или отдаёт окружающей среде некоторое количество теплоты Q. б) система совершает некоторую работу А против действующих на неё внешних сил(или внешние силы совершают над системой некоторую работу А). 3)Первый закон термодинамики: Количество тепла, сообщенное системе, идёт на приращение внутренней энергии системы и на совершение системой работы над внешними силами. Q=∆U+A;
№41 №41 |