Билет 17

2. В’язкість газів — це властивість газів (і рідин), завдяки якій вирівнюються швидкості різних шарів газу. Швидкості сусідніх шарів газу, якщо вони різні, вирівнюються тому, що із шару газу з більшою швидкістю руху переноситься імпульс (кількість руху) до шару, який рухається з меншою швидкістю.

У напрямі, перпендикулярному до осі х, швидкість руху в усіх точках однакова. Це означає, що швидкість υ є функцією тільки координати х. Тоді, як показує досвід, зміна кількості руху р, що передається через площадку, перпендикулярну до осі х, визначають рівнянням

де — градієнт швидкості вздовж осі х, який характеризує зміну швидкості вздовж цієї осі на одиницю довжини. Знак мінус в (5.19) означає, що імпульс передається у напрямі,

протилежному .

Метод вимірювання коефіцієнта в’язкості, який ґрунтується на використанні формули Пуазейля, часто називають капілярним методом, а відповідні прилади — капілярними віскозиметрами. Для течії в циліндричній трубі (капілярі) перехід до турбулентного руху відбувається, коли безрозмірна величина стає більшою, ніж деяке критичне значення, порядку 1000. Тут ρ — густина газу; — середня швидкість течії; r — радіус труби; η — в’язкість газу. Ця величина називається числомРейнольдса (звідси і позначення Rе). Якщо число Рейнольдса менше від критичного значення, то рух ламінарний, а якщо перевищує його — турбулентний.

Билет 18

1. Третій закон термодинаміки

Теорема Нернста базується на квантовомеханічних уявленнях. У класичній фізиці ентропія визначена з точністю до сталої, тому можна стверджувати лише те, що при нульовій температурі ентропія приймає мінімальне значення. Згідно з квантовою механікою при абсолютному нулі температури фізичне тіло перебуває в основному стані. Такий стан єдиний. Оскільки

,де S — ентропія, k — стала Больцмана, Γ — кількість можливих станів, ентропія системи дорівнює нулю.

Ентроп́ія S — термодинамічна величина, міра тієї частини енергії термодинамічної системи, яка не може бути використана для виконання роботи, оскільки пов'язана з незворотними процесами розсіяння. Вона також є мірою безладу в термодинамічній системі.

Він визначив зміну ентропії термодинамічної системи при оборотному процесі як відношення загальної кількості теплоти ΔQ, отриманої або втраченої системою, до величини абсолютної температури T:

Формула визначає тільки зміну ентропії, а не її абсолютну величину, тому в термодинаміці ентропія визначається лише з точністю до сталої.

Зв'язок між теплоємністю та ентропією дається формулою

У 1877 році Людвіг Больцман зрозумів зв'язок між ентропією системи та кількістю можливих «мікростанів» (мікроскопічних станів), якими може реалізуватися макроскопічний стан із заданими властивостями. Розглянемо, наприклад, ідеальний газ у посудині. Мікростан визначений як положення та імпульси кожного атома, з яких складається система. Братимемо до уваги тільки ті мікростани, для яких: (i) розташування всіх частинок не виходить за межі посудини, (ii) загальна енергія газу, що визначається як сума кінетичних енергій атомів, дорівнює певній величині. Больцман постулював що

де константа k_B=1,38·10^-23 Дж/К відома тепер як стала Больцмана, а є числом мікроскопічних станів, можливих у заданому макроскопічному стані. Цей постулат, відомий як принцип Больцмана, може розцінюватися, як початок статистичної механіки, яка описує термодинамічні системивикористовуючи статистичну поведінку компонентів, із яких вони складаються. Принцип Больцмана зв'язує мікроскопічні властивості системи (Ω) з однією з її термодинамічних властивостей (S).

Билет 20

1. Зміну температури реального газу в результаті його адіабатного розширення (адіабатного дроселювання – повільного проходження газу під дією перепаду тиску крізь дросель: наприклад, пористу перегородку) називають ефектом Джоуля-Томсона.

Изменение энергии

Изменение энергии газа в ходе этого процесса будет равно работе: . Следовательно, из определения энтальпии () следует, что процесс изоэнтальпиен.