- •Вопрос 1: перемещение,скорость материальной точки, вычесление пути
- •Вопрос 2 нормальное и тангенциальное ускорение
- •Вопрос 3: кинематика вращательного движения
- •Вопрос 12:. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела
- •Вопрос 13:момент инерции тела
- •Вопрос 15: кинематика гармонических колебаний
- •Вопрос 16:динамика гармонических колебаний
- •Вопрос 23: сложение колебаний с близкими периодами. Биение
- •Вопрос 25 образование и распространение волн. Уравнение волны
- •29. Основное уравнение мкт
- •30.Распределение Максвелла
- •31. Барометрическая формула. Распределение Больцмана
- •34. Диффузия в газах
- •35. Вязкость газов
- •36. Первое начало термодинамики
- •38.Теплоемкость многоатомных и одноатомных молекул
- •39. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам
- •41. Адиабатический процесс
- •43. Энтропия
- •44. Цикл Карно
- •48. Внутренняя энергия реального газа
- •49. Жидкое состояиие. Поверхностное натяжение жидкости
- •50. Строение и свойства твёрдых тел.
44. Цикл Карно
Основываясь на втором начале термодинамики, Карно вывел теорему, носящую теперь его имя: из всех периодически действующих тепловых машин, имеющих одинаковые температуры нагревателей (T1) и холодильников (T2), наибольшим к. п. д. обладают обратимые машины; при этом к. п. д. обратимых машин, работающих при одинаковых температурах нагревателей (T1) и холодильников (T2), равны друг другу и не зависят от природы рабочего тела (тела, совершающего круговой процесс и обменивающегося энергией с другими телами), а определяются только температурами нагревателя и холодильника.
Карно теоретически проанализировал обратимый наиболее экономичный цикл, состоящий из двух изотерм и двух адиабат. Его называют циклом Карно. Рассмотрим прямой цикл Карно, в котором в качестве рабочего тела используется идеальный газ, заключенный в сосуд с подвижным поршнем.
Цикл Карно изображен на рис. 87, где изотермические расширение и сжатие заданы соответственно кривыми 1—2 и 3—4, а адиабатические расширение и сжатие — кривыми 2—3 и 4—1. При изотермическом процессе U=const, поэтому, согласно (54.4), количество теплоты Q1, полученное газом от нагревателя, равно работе расширения А12, совершаемой газом при переходе из состояния 1 в состояние 2:
(59.1)
При адиабатическом расширении 2—3 теплообмен с окружающей средой отсутствует и работа расширения А23 совершается за счет изменения внутренней энергии (см. (55.1) и (55.8)):
45. Шкала температуры абсолютная термодинамическаятемпературы абсолютная термодинамическая, шкала Кельвина является исторически первой абсолютной термодинамической температурной шкалой. Кельвин (Томпсон) положил, что разность между термодинамической температурой кипения воды и плавления льда равна точно 100 градусам, началом отсчета температуры, является абсолютный нуль. Один градус этой шкалы равен одному градусу стоградусной температурной шкалы. Принятием МТШ-27 была введена Международная практическая температурная шкала Кельвина. Шкала Кельвина просуществовала в качестве международной до 1954 г., когда она была отменена решением X ГКМВ. Основная причина отмены: шкала основана на двух реперных точках. Взамен отмененной шкалы конференция приняла абсолютную термодинамическую шкалу, которая определяется с помощью тройной точки воды, являющейся основной реперной точкой. Ей присвоено значение температуры 273,16 К (точно) . В тройной точке воды достигается наибольшая точность воспроизведения единицы термодинамической шкалы температуры — кельвина (± 0,0002 К). Нижней границей шкалы является точка абсолютного нуля температуры. Единице Ш. т. а.т. было присвоено название «градус Кельвина» с обозначением [°К; °К]. В 1967 г. название заменено на «кельвин» с обозначением [К; K]. Температура по Шкале температуры абсолютной термодинамической обозначается символом Т.
46.Взаимодействие между атомами и молекулами вещества. Строение твердых, жидких и газообразных тел
Между молекулами вещества действуют одновременно силы притяжения и силы отталкивания. Эти силы в большой степени зависят от расстояний между молекулами.
Согласно экспериментальным и теоретическим исследованиям межмолекулярные силы взаимодействия обратно пропорциональны n-й степени расстояния между молекулами:
Fr∼±1rn,
где для сил притяжения n = 7, а для сил отталкивания n = 9 ÷ 15.
Взаимодействие двух молекул можно описать при помощи графика зависимости проекции равнодействующей Fr сил притяжения и отталкивания молекул от расстояния rмежду их центрами. Направим ось r от молекулы 1, центр которой совпадает с началом координат, к находящемуся от него на расстоянии r1 центру молекулы 2 (рис. 1, а).
Рис. 1
Будем считать, что молекула 1 неподвижна, а молекула 2 изменяет свое положение относительно молекулы 1.
Тогда проекция силы отталкивания молекулы 2 от молекулы 1 на ось r будет положительной. Проекция силы притяжения молекулы 2 к молекуле 1 будет отрицательной.
Силы отталкивания (рис. 3, б) гораздо больше сил притяжения на малых расстояниях (r < r0), но гораздо быстрее убывают с увеличением r. Силы притяжения тоже быстро убывают с увеличением r, так что, начиная с некоторого расстояния rm, взаимодействием молекул можно пренебречь. Наибольшее расстояние rm, на котором молекулы еще взаимодействуют, называется радиусом молекулярного действия (rm ~ 1,57 • 10-9 м).
При r = r0 силы отталкивания по модулю равны силам притяжения.
Расстояние r0 соответствует устойчивому равновесному взаимному положению молекул.
В различных агрегатных состояниях вещества расстояние между его молекулами различно. Отсюда и различие в силовом взаимодействии молекул и существенное различие в характере движения молекул газов, жидкостей и твердых тел.
В газах расстояния между молекулами в несколько раз превышают размеры самих молекул. Вследствие этого силы взаимодействия между молекулами газа малы и кинетическая энергия теплового движения молекул намного превышает потенциальную энергию их взаимодействия. Каждая молекула движется свободно от других молекул с огромными скоростями (сотни метров в секунду), меняя направление и модуль скорости при столкновениях с другими молекулами. Длина свободного пробега λ молекул газа зависит от давления и температуры газа. При нормальных условиях λ ~ 10-7 м.
В жидкостях расстояние между молекулами значительно меньше, чем в газах. Силы взаимодействия между молекулами велики, и кинетическая энергия движения молекул соизмерима с потенциальной энергией их взаимодействия, вследствие чего молекулы жидкости совершают колебания около некоторого положения равновесия, затем скачкообразно переходят в новые положения равновесия через очень малые промежутки времени (10–8 с), что приводит к текучести жидкости. Таким образом, в жидкости молекулы совершают в основном колебательные и поступательные движения. В твердых телах силы взаимодействия между молекулами настолько велики, что кинетическая энергия движения молекул намного меньше потенциальной энергии их взаимодействия. Молекулы совершают лишь колебания с малой амплитудой около некоторого постоянного положения равновесия — узла кристаллической решетки.
47. Уравнение Ван дер Ваальса
Учет притяжения молекул. Действие сил притяжения газа приводит к появлению дополнительного давления на газ, называемого внутренним давлением. По вычислениям Ван-дер-Ваальса, внутреннее давление обратно пропорционально квадрату молярного объема, т. е.
(61.1)
где а — постоянная Ван-дер-Ваальса, характеризующая силы межмолекулярного притяжения, Vm — молярный объем.
Вводя эти поправки, получим уравнение Ван-дер-Ваальса для моля газа (уравнение состояния реальных газов):
(61.2)
Для произвольного количества вещества v газа (v=m/M) с учетом того, что V=vVm, уравнение Ван-дер-Ваальса примет вид
где поправки а и b — постоянные для каждого газа величины, определяемые опытным путем (записываются уравнения Ван-дер-Ваальса для двух известных из опыта состояний газа и решаются относительно а и b).