fizika_1_31_23

1.Физика изучает основные св-ва окружающего нас материального мира,природные явления и закономерности выражаются с помощью физич. понятий и законов.Физич. понятия отражают сущность какого-либо явления или процесса(время,пространство).Физич. величина-понятие заданное численно.ИСО-системы в кот.,выполняется 1зн. Ньютона.

2. Механическим движением называется перемещ. тел или их частей в пространст. относительно друг друга с течением врем. Мех. движ. относит., т. е. перемещ. любого тела можно рассматр. только относ. друг друга. Тело, относ. к-го рассматр. движ. друг. тел, наз. телом отсчёта. Система отсчёта - это точка отсчёта и связ. с ней сис. коорд. Материал. точкой - наз. тело, формой и разм. к-го можно пренебречь. Число степеней своб. - миним. число коорд. необход. для опис. движ. (прим.: если у точки дано 3 коорд. (x,y,z), то число степ. своб. будет равно 3.).Линия, описыв. точкой при ее движ., наз. траектор. По виду траек. движ-е можно раздел. на прямолин. и кривалин. Путь - сколяр. велич. равная длине траектории. Вектор соедин. начальн. и кон-ую назыв. перемещением.

3.быстроту перемещения хар-ет скорость.Средняя скорость-величина=по модулю отношению перемещения ко времени, за которое это перемещение произошло. V_ср= r/ t(м/с) v=const, равномерное движение-движ. с постоянной скоростью. геометрич.смысл-tg угла наклонной касательной к линии перемещения в данный момент времени.Мгновенная ск-ть-велич, равн первой производной перемещения по времени v=lim ∆r/∆t=dr/dt.

4.Ускорение – это величина, которая характеризует быстроту изменения скорости. Среднее ускорение – это отношение изменения скорости к промежутку времени, за который это изменении произошло. Мгновенное ускорение - в данный момент времени. Полное ускорение при криволинейном движении складывается из тангенциального и нормального ускорений. Тангенциальное (касательное) ускорение характеризует изменение скорости по модулю при криволинейном движении, вектор на одной оси с линейной скоростью движения. Нормальное ускорение характеризует изменение скорости по направлению, вектор перпендикулярен линейной скорости движения.

6.Вращательное движение.Угловое перемещение.углавая скорость и угловое ускорение.Вращ.движ.-движ. ,при котором все точки тела описывают окружности с центрами на одной прямой,наз-мой осью.Хар-ка:путь или перемещение; ϕ-угол поворота или угловое перемещение.Быстроту вращения тела характеризует угловая скорость(ω); Средняя угловая скорость-величина, численно равная отношению угла поворота ко времени,за которое этот поворот произошел(ω_ср=)Угловая скорость-величина векторная. Направление ω определяется по правилу буравчика: если рукоятку буравчика вращать в направлении вращения тела,то его поступательное движение совпадает с направлением вектора угловой скороти.Быстроту изменения угловой скорости хар-ует угловое ускорение(β).Среднее угловое ускорение-величина,численно равная изменению угловой скорости ко времени,за которое это изменение произошло(β_ср =).;Мгновенное ускорение-предел отношения изменения угловой скорости при , β=. Вращение с постоянным угловым ускорением называется равнопеременным.

7. β= = ω=ω˳+βt , ω= ϕ== – з-н кинематики вращ движ.

8. Связь между угловыми и линейными кинематическими характеристиками вращательного движения. Установим связь между угловыми хар-ками вращения все­го тела и линейными хар-ками движ отдельных его точек. Для этого рассмотрим вращение диска и траекторию одной из его точек. ∆S=R∆φ – дуга опис.R движ точки,но при малых углах ∆φ, перемещение ∆r можно считать =∆S(∆r= R∆φ; dr=Rdφ; => dr=Rdt => dr/dt=R => υ= R(если < не 90⁰, то *). При вращении тела движение каждой точки характеризуется, кро­ме угловых характеристик, ещё линейными характеристиками: путь S, скорость ,тангенциальное и нормальное ускорения. Связь между угловыми и линейными кинематическими характеристиками: a_t=dυ/dt=R=βR; a_n=υ²/R=R²/R=R; a= – для полного ускорения. 9. В основе динамики лежат 3 закона Ньютона.

1 закон Ньютона: всякое тело покоится или движется с постоянной скоростью (прямолинейно и равномерно) до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не выведет его из этого состояния.

Системы, в которых выполняется 1 закон, называются инерциальными.

Инерция – свойство тел сохранять свою скорость неизменной.

Мерой инертности тела является его масса.

Для характерной способности тел воздействовать друг на друга в физике используется понятие силы.

Сила – мера воздействия тел друг на друга.

Результатом действия силы является ускорение.

Величина этого ускорения определяется 2 законом Ньютона: ускорение преобрит. телом прямо-пропорционально действующей силе и обратно пропорционально массе.

F=ma

В природе обычно нет одностороннего воздействия на тело. Как правило имеет место взаимодействие.

3 закон Ньютона: два тела воздействуют друг на друга с силами равными по модулю, но противоположные по направлению. F₁₂= -F₂₁

12. Момент импульса тела. Закон сохранения импульса изолированной системы. Момент импульса тела (L) – это сумма моментов импульса всех материальных точек, составляющих тело. Момент импульса равен произведению момента инерции тела на угловую скорость: Момент импульса является векторной величиной, он направлен по оси вращения, в соответствии с правилом буравчика. З-н сохранения момента импульса: Момент импульса изолированной системы не изменяется при любых процессах, происходящих внутри системы.

13.В современной физике различают 4 вида взаимодействия:

1. гравитационное

2. электромагнитное

3. ядерное или сильное

4. слабое

Закон открыт Ньютоном в 1687 г. Согласно закону всякие два тела притягиваются друг к другу с силой прямопорпорционально произведению их масс и обратно порпорционально квадрату расстояния между ними.

F=G*m*M/r²

G=6.67*10^-11H*м²/кг²

Сила тяжести F=mg

Весом тела наз. Сила с которой тело, вследствии тяготения Земли, действ. на горизонтальную опору или растягивает подвес. Если опора неподвижна или её скорость постоянна, то вес тела равен силе тяжести P=mg

P – вес тела

Когда опора движ. С ускорением, направлен в ту же сторону ,что и сила тяжести, вес тела меньше силы тяжести. При a=g, P=0, т.е. наступает состояние невесомости.

P=m(a+g)>mg ( наступает перегрузка).

19.Механическая работа.Работа постоянной и переменной сил. Действие силы можно охарактеризовать как с т. зр. её действия во времени, так и с точки зрения расположения силы в пространстве.Временной характеристикой действия силы явл.импульс силы F∆t.Пространственной характеристикой действия силы явл.работа А.

Механической работой наз.величина равная скалярному произведению силы на перемещение.

A=F∆rcosα A[Дж] =Fcosα

Формула справедлива,когда F =const.Рассмотрим геометрическую интерпретацию работы

Сила может быть переменной F = const.

Ai – элементарная работа на отрезке; ∆ri, Fri – полная работа

A=lim=

∆r→o Для работы переменной в общем случае А=

23. 2 начало термодинамики: в изолированной сис-ме возможны лишь процессы,при кот. энтропия не убывает. S -неравенство Клаузиуса. В общем случае энтропия равна:, приращение теплоты сис-мы, темпер. теплоносителя, А,В- нач. и конеч. сост. сис-мы.

1.При нагревании (Т₂ Т₁):, . При нагревании сис-мы ее энтропия увелич., а при охлаждении-уменьш.

2.При плавлении dQ=, уд. теплота плавления, dm-масса образ. жидкости. . Т.е. при плавлении энтропия тела возрастает, а при кристаллизации- убыв.

3.При испарении dQ=rdm, r-уд. Теплота парообр., dm- масса пара. . Т.е. при парообр. Энтропия сис-мы ув., а при конденсац.-уменьш.

24. (рис: 2 пружины, 1 растянута, х – значение растяжения,-величина деформации) , (при F=const). С силовой т. зр.: ; => ; (x₀=0) => и с энергетической: ; .

33.τ =r/υ-время запаздывания прихода волны в точку x=Asin ω(t- r/υ)-уравн.плоской волны уравн.определяющ.смещение частицы от стоящей от источника колебаний на расстоянии r. Зависимость смещения точки от t и её расположения в пространстве выраженная в дифиренциальной форме – волновое уравнение x=Asin( ωt- ωr/ υ)

№1.Основные положения МКТ.Кол-во в-ва.Молярнаямасса.Силы межмолекулярного взаимодействия.МКТ-учение,кот объясн св-ва материи с т.зр. движ и взаим-вия её молекул(м-л).М-лой наз наименш устойчивая ч-ца в-ва,обладающая основными её хим св-вами.В основе МКТ 3 положения: 1)все в-ва сост из м-л,кот в свою очередь сост из атомов; 2)м-лы наход в непрерывн хаотич движ,наз-мом тепловым(стремление газа заполнить весь объем,диффузия); 3)м-лы взаим-ют с силами одновременного притяжения и отталкивания, имеющими электрическую природу. Док-ва силового взаим м/ду м-лами: а)деформация тел под влиянием силового воздействия; б)сохр формы тв тел; в)поверхностное натяжение жидкости. Массу атомов и м-л в силу их малости принято измерять не в г и кг,а с помощью атомных единиц массы.1а.е.м.=1,66*10^-27кг – 1/12массы ат углерода.Авогадро N_а=6,02*10²³моль^-1 – соответств кол-ву атомов,нах-ся в 12г углер. Молярная масса µ (масса 1моль данного в-ва).Кол-во в-ва:ν=m/µ; ν=V/Vµ; ν=N/N_a.

№2. Распределение молекул по скоростям их движения. Закон распределения Максвелла . Ф-ция,кот. опис распределение м-л газа по ск-тям их движ,наз. фун-ей распределения f(Ʊ).Данная фун-я указывает долю м-л, скорости,кот. нах-ся в интервале скоростей к величине этого интервала f(Ʊ)=∆N/N∆Ʊ ∆N – ко-во частиц со скоростями от Ʊ1 до Ʊ2= Ʊ1+∆Ʊ; N – кол-во всех м-л. З-н распределения м-л Максвелла выражается ур-нием f(Ʊ)=AƱ(2)e (-m0Ʊ(2)/2KT). A=4π - постоянная,завис. от природы в-ва; Т – термодинамическая темп-ра; К- постоянная Больцмана. График фун-ии распредения Ʊ-ей для 2-х разных температур (Т2>T1)представлен на рисунке.Увел-ние темп-ры влечёт за собой сдвиг максимума фун-ии распределения в сторону увеличения Ʊ движения м-л.При этом сам максимум уменьшается.

№3. Наиболее вероятная, средняя и среднеквадратичная скорости движения молекул. Средняя длина свободного пробега. Эффективный диаметр молекул.

Ʊ –соотв.макс-му знач фун-ии распределения,наз.наиболее вероятной Ʊв= R=KNa µ-молярная масса; Т- термод-кая темп-ра

Средней наз. Ʊ,опред-мая. как среднее арифметическое скоростей всех м-л <Ʊ>=1/n Для определения средней Ʊ в мол-ной физике использ.формула <Ʊкв>=

Среднеквадратичная Ʊ может быть определена из выражения <Ʊкв>=

В пр-ссе движ м-лы соударяются друг с другом,поэтому их трпектории представляют собой ломаные линии. Путь,кот. м-ла проходит м/у 2-мя последующими соударениями наз. длиной свободного пробега.Среднюю длину свободного пробега можно определить как отношение пути,пройденного молекулой за 1сек к числу происшедших за это время столкновений <ƛ>=<Ʊ>*ῖ/<z> <z> =πd²n<Ʊ>- число столкновений частиц

Считая,получ. Итоговую формулу средней длины свободного пробега <ƛ>= n=

n-концентрация молекул; d-эффективный диаметр

Эффективный диаметр- наим расстояние,на кот. сближаются центры м-л при их столкновении. Длину свободного пробега можно выразить ч/з давление и температуру,воспользовавшись уравнением Р=nkT. После подстановки в исходную формулу выражения Р=nkT,получим <ƛ>=

№4.Диффузия. Закон Фика. Коэффициент диффузии. Проявления диффузии.

Диффузия – самопроизвольное выравнивание плотности(концентрации) в-ва посредством теплового движ его м-л.Явление переноса-необратимые процессы в неравновесных термодинамич.системах,при кот. происходит перенос массы теплоты импульса (рис.)Пусть в некот. объёме газа имеет место неоднородность пл-сти. Выберем некот.направление Оx,в кот. Пл-сть в-ва изменяется от ρ₁ до ρ₂.Выделим в плоскости перпендикулярно направлению Оx контур площадью ∆S.O – источник распространения в-ва в пространстве grad –градиент; grad y =

Быстроту изменения плотности в-ва с расстоянием хар-ет градиент пл-сти grad ρ=ρ₂-ρ₁/x₂-x₁. ∆M – масса в-ва,кот. переносится ч/з контур(площадку); Фм- поток массы; ∆S- площадь контура Фм= ; Фw = ∆w/∆t ;

Iм = ∆М/∆t∆ S –плотность потока массы

З-н Фика – плотность потока m пропорцианальна градиенту плотности в-ва

Jm= -D*∆ρ/∆x grad<0 D=1/3<Ʊ> <ƛ>-коэфф. Диффузии,хар-ет св-ва конкретного в-ва. Минус указывает на то,что в-во переносится в сторону убывания его плотности.Физический смысл D –плотность потока в-ва при единичном градиенте плотности.Диффузия лежит в основе многих технолог.процессов:абсорбции, сушки, экстрагирования,мембранных методов разделения смесей.Питание раст за счёт в-в наход.в почве,дых наземных и водных раст,обусл. диффузионными процессами; пр-сс всасывания питат. в-в в пищеварит системе, перенос О₂ из окруж.среды внутрь орг-ма,возможный лишь благодаря диффузии.

№5.Теплопроводность.З-н Фурье.Коэфф теплопроводности.Конвекция. Тепловое излучение.

Q-теплота, Ф_Q-поток теплоты=∆Q/∆t. Пр-сс предачи теплоты в в-ве по средствам теплового движ м-л наз. теплопроводностью.Выберем некот. направление Оx,в кот. Темп-ра в-ва изменяется от Т₁ до Т₂.(рис.) Т₁ > Т₂.

Выберем контур площадью ∆S перпенликулярной этому направлению Оx.Wк-средняя кинетическая энергия = 3/2KT T-термодинамич. Температура; К- постоянная Больцмана

I_Q=∆Q/∆t∆S –плотность потока теплоты

Колличественно теплопроводность определ. Законом Фурье,согласно кот. плотность потока теплоты пропорциональна градиенту температуры. I_Q= -ƛ*∆t/∆x ∆t/∆x = T₂-T₁/x₂-x₁=grad T<0 –градиент температуры ; ƛ –коэфф.теплопроводности,кот.зависит от рода в-ва

Минус указывает на то,что теплота переносится в сторону убывания темпертуры.=Поток теплоты направлен в сторону убывания температуры. ƛ=1/3ρСv<Ʊ><ƛ> <ƛ>-средняя длина свободного пробега; Сv=i/2µR µ-молярная m; Сv-удельная теплоёмкость при постоянном объёме;ρ-плотность в-ва;i-число степеней свободы

Конвекция-теплопередача значительно ускоряется при взаимном перемешивании слоёв жидкости или газа,т.е. при конвекции.

При подводе тепла к жидкости или газу увелич.интенсивность движения молекул,а вследствие этого повыш.давление. P~<Ʊкв>Плотность конвекционного потока теплоты определ.из закона Ньютона IQ=h(Т0-Т) h-коэф.Конвекционного теплопереноса, зависящий от свойств среды,Ʊ-ти её молекул и формы источника тепла; Т0-Т- температура источника тепла и его окруженияТепловым излучением наз.теплообмен,происходящий за счёт электромагнитных волн.Лучистый тепловой поток пропорционален температуре в 4-й степени и определ.из закона Стефана-Больцмана,согласно кот. IQ=Ɠ(Т0⁴-Т⁴)

Ɠ=5,67*10(-8)[Вт*м²*к]-коэф.Стефана-Больцмана; IQ-плотность лучистого потока; Т0⁴-Т⁴-температуры излучающего тела и его окружения

№6. Внутреннее трение (вязкость). Закон Ньютона. Коэффициент вязкости.Уравнение Стокса.

Представим жидкость в виде отдельно взятых слоёв (рис.)скорость поступательного движения молекул жидкости

∆Ʊ=Ʊ₂-Ʊ₁-критерий делимости жидкости на слои (рис.) Р₁>P₂;Ʊ₁>Ʊ₂ Выделим контур м/у 2-мя слоями жидкости Фр=∆р/∆t-поток импульса

∆р – импульс,передаваемый от одного слоя к другому; Iр=∆р/∆S∆t –плотность потока импульса; Iр=-*∆Ʊ/∆x ∆Ʊ/∆x-градиент скорости слоёв

Силы внтр.трения-силы,возник. м/у слоями жидкости или газа при их относительном движении,а само явление наз. вязкостью. Силы внутреннего трения определ.из закона Ньютона Fƞ=-ƞ*∆Ʊ/∆x*∆S F=∆р/∆t ƞ-коэф.вязкости,зависит от рода в-ва и его температуры

Физич.смысл-коэф.вязкости это величина численно равная F=ƞ,т.е силе внутреннего трения,действующей на 1м² площади соприкосновения ǁ движущихся слоёв жидкости или газа при градиенте скорости =-1с(-1).Минус указывает,что импульс передаётся в сторону убывания скорости слоёв ƞ=1/3ρ<Ʊ><ƛ>

№7. Идеальный газ. Макро- и микропараметры.Основное уравнение МКТ идеального газа (ур. Клаузиуса).

Газ,конечными размерами и взаимодействием м/у молекулами кот.можно принебречь наз. идеальным.Для описания свойств матреии с точки зрения молекляр.физики использ.ряд величин,наз.параметрами.Параметры. относящиеся к отдельной молекуле,наз.микропараметры.Величины,присущие в-ву в целом,наз.макропараметрами.

Макропараметры определ.состояние в-ва, наз.параметрами состояния (объём, давление, температура).Объём-область пространства, занимаемая этим в-ом. Vуд.=V/m –объём единицы массы в-ваДавление-распредел.силы по поверхности,на кот.она действует Р=F/S [Па]

Температура-мера нагретости тел.Взаимосвязь м/у макро- и микропараемтрами в-ва определ.осн.уравнением МКТ идеального газа (Клаузиус)Р=1/3m0n<Ʊкв>² n- концентрация; m0-масса молекулы

N=m/V-кол-во молекул в единицу объёма Wk=mƱ²/2 < Wk >=m0<Ʊкв>² /2

< Wk >-средняя кинетическая энергия одной молекулы

Р=2/3*n< Wk >-осн.урав-е МКТ(урав-я эквивалентны) ρ=mon-плотность

№8. Законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля и их графическое представление.

Р₁,V₁,T₁ параметры состояния превратились в ₂,PV₂,T₂.Переход системы из одного состояния в другое наз.термодинамич.процессом. Изопроцессы наз.процессы,происходящие приодном неизменном параметре.

А)T=const Изотермич.процесс колличественно определ.законом Бойля-Мариотта:для данной массы газа при постоянной температуре давление газа меняется обратно пропорционально объёму PV=conts (рис.)графически данная зависимость изображ.гиперболой,кот.наз.изотермой

P₁V₁=P₂V₂ T₂>T₁

Б)Р=const Изобарный процесс. Закон Гей-Люссака-для данной массы газа при постоянной Р,объём газа прямо пропорционален температуре V/T=const V₁/T₁=V₂/T₂(рис.)графическое изображение изобарного процесса выражается функцией V=V0(1+v t) V=V0 при t=0 v=температурный коэф.расширения

В)V=const Изохорный процесс. Закон Шарля:для данной m газа при постоянном давлении газа измен.прямом пропорционально температуре P/T=const (рис.)функциональная зависимость выражается формулой P=P0(1+рt) P0-давление при t=0; р-терм.коэф.давления

№9. Объединённый газовый закон. Уравнение Клапейрона. Уравнение Менделеева-Клапейрона.

Рассмотрим последовательном изотермич. И изохор. Процессы. (рис.)

1этап-изотерм процесс P₁V₁=P’V’ ,причём P₁V₁=P’V₂(1)V’=V₂,

2этап-изохорный процесс P’/P₂=T’/T₂,но T’=Т₁,поэтому P’/P₂=T₁/T₂,(2)

Выразив из урав-ий (1) и (2) давление P’ и решив полученную систему уравнений,имеем P₁V₁/T₁=P₂V₂/T₂ P₁V₁/T₁=const- урав-е Клайперона Vµ/T=R –для одного моля газа-универсальная газовая постоянная

РVµ=TR Vµ-молярный объём

Для любой m газа PV=RT-урав-е Менделеева-Клайперона -кол-во в-ва

№10. следствия осн.ур-ния МКТ газа:ур-ние Больцмана,ур-ние состояния,з-н Дальтона. P=n<>(n-концентрация; <>-средняя кинетич.энергия всех молекул) уравнение Клаузиуса явл основным ур-нием МКТ газа,так как из него вытекает ряд следствий: P=n<>/*; P=n.<>; =*n; ; (R=k*,k-пост.Больцмана.); ; - уравнение Больцмана. Подставим в P=n<> значение <> P=n; P=n - уравнение состояния. Давление,производимое смесью газов равно сумме их парциальных давлений Р= – Закон Дальтона. P=()<>= <>+<> =

№11.Реальные газы.Уравнение Ван-дер-Ваальса. Сравнительный анализ изотерм Ван-дер-Ваальса и экспериментальных изотерм.

При рассмотрении идеального газа было сделано два допущения:

- молекулы газа не имеют конечных размеров

-не взаимодействуют друг с другом

При рассмотрении реальных газов необходимо учитывать оба эти аспекта (рис.) V-V’-b

Силы взаимного притяжения м/у молекулами направлены внутрь газа,т.е. в сторону наибольшего окружения периферийных молекул (P+P’)( Vµ-V’)=RT a,b-константы Вандервальса P+P’ – а/ Vµ²

Уравнение Ван-дер-Ваальса для 1моль идеального газа имеет вид (Р+ а/ Vµ²)( Vµ-b)=RT

Учитыва,что Vµ=V/ и,умножив обе части урав-я на Ʊ,получим урав-е Ван-дер-Ваальса для любой массы газа

(Р+𝛝²*а/V²)(V-b)=𝛝RT–урав-е состояния реального газа

Особенности уравнения состояния нашли своё отражение в графике зависимости р(V),наз. кривыми Ван-дер-Ваальса(рис.)параметры (Pк,Vк,Tк) соотв. критической точке К,наз.критическими Vк=3b Pк=a/27b² Tк=8a/27Rb

Изотермы реального газа несколько отличаются от экспериментальных изотерм, характерной особенностью кот. явл. Отличие горизонт участков A₁B₁,A₂B₂. (рис.) Tк>T₂>T₁

Эти участки соотв.равновесным состояниям м/у жидкостью и её насыщенным паром.

№12.Особенности строения и свойств жидкостей. Поверхностный слой. Поверхностное натяжение жидкостей.

Поверхностным натяжением наз. напряжённое механическое состояние поверхностного слоя жидкости толщиной в несколько молекулярных радиусов. Явление поверхностного натяжения хорошо объясняется следующим рисунком(рис.)

Внутри жидкости на молекулу действуют силы притяжения со стороны окружающих молекул.у поверхности жидкости при её контакте с газом или тв. стенкой сосуда на молекулу жидкости с одной стороны действуют такие же молекулы др. в-ва.Поэтому сумма всех сил,действующих на молекулу не равны нулю.

Суммарная сила,действующая только на поверхности жидкости направлена перпендикулярно поверхности внутри жидкости.Поэтому только на поверхности дейстуют силы поверхностного натяжения.Для определения силы поверхностного натяжения использ. Формула F=L

L-длина контура наз.поверхности,вдоль кот. действуют силы поверхностного натяжения

-коэф.,кот. сущ. Для всех жидкостей,но у каждой из них он разный(коэф.поверх.натяжения)

зависит от молекулярной структуры жидкости и температуры. При повышении температуры КПН всегда уменьшается из-за усиливающегося теплового движения молекул. повехностного натяжения сообщают молекулам поверхности потенциальную энергию их взаимодействия и эта энергия наз. свободной энергией поверхностного слоя W=S

площадь поверхности жидкости