- •Часть 1
- •Часть 1
- •Программа
- •Адаптивного курса по физике для студентов,
- •Начинающих изучение курса общей физики в дгту
- •Механика
- •Статика
- •Гидростатика
- •Механические колебания и волны
- •Основы молекулярно-кинетической теории (мкт)
- •Термодинамика
- •Электростатика
- •Постоянный электрический ток
- •1. Механика
- •1.1. Кинематика
- •1.1.1. Траектория, путь, перемещение
- •1.1.2. Скорость и ускорение
- •1.1.3. Кинематика вращательного движения
- •1.2. Динамика материальной точки
- •1.2.1. Масса, сила, принцип суперпозиции сил
- •Правила сложения векторов
- •1.2.2. Вес тела, сила реакции опоры,
- •1.2.3. Инертность и инерция. Инерциальные системы отсчета.
- •1.2.4. Второй закон Ньютона. Импульс тела и импульс силы.
- •1.2.5. Классификация сил. Гравитационные силы.
- •Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения
- •9,8 М/с2.
- •Упругие силы
- •Силы трения
- •1.2.6. Энергия. Механическая работа. Мощность.
- •1.3. Статика. Момент силы
- •2. Механические колебания и волны
- •2.1. Уравнение гармонических колебаний. Характеристики колебаний
- •2.2. Виды колебаний. Пружинный и математический маятники
- •Пружинный маятник
- •Математический маятник
- •2.3. Энергия тела при гармонических колебаниях
- •3. Основы молекулярно-кинетической теории
- •3.1. Основные положения молекулярно-кинетической теории (мкт)
- •3.2. Температура
- •3.3. Масса молекул. Количество вещества
- •3.4. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов и уравнение состояния идеального газа
- •3.5. Изопроцессы в газах
- •4. Термодинамика
- •4.1. Внутренняя энергия. Работа газа. Первый закон термодинамики
- •Первое начало термодинамики:
- •4.2. Изопроцессы в термодинамике
- •4.3. Тепловой двигатель
- •5. Электростатика
- •5.1. Электрический заряд и его свойства. Закон Кулона
- •5.2. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля
- •Принцип суперпозиции
- •5.3. Потенциал электростатического поля
- •Эквипотенциальные поверхности
- •5.4. Электрическая емкость. Конденсаторы. Энергия электростатического поля
- •Плоский конденсатор
- •5.5. Соединения конденсаторов
- •6. Постоянный электрический ток
- •6.1. Сила тока и плотность тока
- •6.2. Сопротивление проводников
- •6.3. Разность потенциалов. Эдс. Напряжение
- •6.4. Закон Ома для участка цепи. Закон Ома для замкнутой цепи
- •6.5. Соединения резисторов
- •6.6. Работа и мощность тока
- •Образцы решения типовых задач
- •Задача №6
- •Задача №13
- •Решение
- •Задача №14
- •Задача №24
- •Часть 1
3.4. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов и уравнение состояния идеального газа
В молекулярно-кинетической теории используется модель идеального газа, в которой считают:
1) собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда;
2) между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия;
3) столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие.
4) время столкновения молекул много меньше времени пробега молекулы между столкновениями.
Реальные газы при низких давлениях и высоких температурах близки по своим свойствам к идеальному газу.
Рассмотрим идеальный газ, который в объеме содержитмолекул, движущихся со скоростями . Соударения между молекулами газа приводят к тому, что скорости молекул непрерывно меняются по величине и направлению. Средняя кинетическая энергия одной молекулы массы :
, (35)
где -средняя квадратичная скорость теплового движения молекул. Она связана с термодинамической температурой газа соотношением:
,
где - постоянная Больцмана.
Отсюда:
. (36)
Учитывая, что постоянная Больцмана , газовая постоянная и число Авогадро связаны соотношением, а молярная масса, получаем формулу для вычисления средней квадратичной скорости в виде:
. (37)
Основное уравнение МКТ имеет вид:
, (38)
где - концентрация молекул. Откуда, воспользовавшись формулой , легко получить полезное соотношение:
. (39)
Уравнение состояния идеального газа или уравнение Менделеева-Клапейрона:
, (40)
где - универсальная газовая постоянная.
При постоянной массе газа для двух различных состояний газа можно записать объединенный газовый закон:
. (41)
3.5. Изопроцессы в газах
Изопроцессами называют процессы, протекающие в системе с неизменной массой при постоянном значении одного из параметров состояния системы.
1. – изотермический процесс (закон Бойля – Мариотта: ).
2. - изобарический процесс (закон Гей – Люссака: ).
3. – изохорический процесс (закон Шарля: ).
Ниже представлены графики всех изопроцессов в координатах ; и (рис. 21).
Закон Дальтона: давление смеси газов равно сумме парциальных давлений входящих в нее газов
. (42)
Рис.21. Графики изотермического, изобарического
и изохорического процессов
Парциальное давление – это давление, которое производил бы газ, входящий в состав смеси газов, если бы только он один занимал весь объем, занимаемый смесью при той же температуре.
4. Термодинамика
Термодинамика – раздел физики, изучающий свойства макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, а также процессы перехода между этими состояниями. Термодинамика устанавливает связи между макроскопическими параметрами системы, не вдаваясь при этом в микроскопическую структуру вещества.
4.1. Внутренняя энергия. Работа газа. Первый закон термодинамики
Внутренняя энергия – это энергия теплового движения микрочастиц системы (молекул, атомов, электронов, ядер и т.д.) и энергия взаимодействия этих частиц. В термодинамике практический интерес представляет не само значение внутренней энергии, а ее изменение. Для одноатомного газа:
. (43)
Внутренняя энергия тела изменяется как при совершении работы , так и при теплопередаче. Мера изменения внутренней энергии тела при теплопередаче называется количеством теплоты . Количество теплоты, как и работа, измеряется в джоулях (Дж).
При сообщении газу в изобарном процессе некоторого количества теплоты он совершает работу по перемещению поршня на малое расстояние (рис. 22):
, (44)
где - сила, действующая на поршень со стороны молекул газа, - малое расстояние, на которое передвигается поршень, - давление газа,- изменение объема газа,- площадь поршня.
Рис.22. Работа газа при расширении
Таким образом, работа расширения газа равна произведению давления газа на изменение его объема.
При расширении газа изменение объема , и работа ,при сжатии газа изменение объема , и работа .