- •Вступ Що вивчає фізика
- •Фізичні величини. Вимір фізичних величин
- •Спостереження і досліди - джерела фізичних знань.
- •Будова речовини
- •Розділ 1 механіка Механічний рух. Простір і час
- •Положення тіла або точки можна задати тільки відносно іншого тіла, яке називається тілом відліку.
- •Елементи кінематики
- •§1. Система відліку. Траєкторія, шлях, переміщення
- •Кінематикою називають розділ механіки, в якому рух тіл розглядається без з'ясування причин цього руху.
- •§2. Швидкість і прискорення руху
- •Прискорення
- •Приклад розв’язку задачі.
- •Рух тіл з прискоренням вільного падіння
- •§ 3. Рух по колу
- •Приклад розв’язку задачі.
- •Динаміка поступального руху
- •§4. Перший закон Ньютона. Маса. Сила
- •Динаміка - це розділ механіки, в якому вивчаються закони руху тіл і причини, які викликають, або змінюють ці рухи.
- •Взаємодія тіл. Сила.
- •Інерція. Маса тіла
- •Густина речовини
- •Перший закон Ньютона ( закон інерції)
- •§ 5. Другий закон Ньютона
- •§ 6. Третій закон Ньютона
- •§7. Сили в механіці. Закон всесвітнього тяжіння
- •Сила тяжіння.
- •Вага тіла Силу, з якою тіло внаслідок тяжіння до Землі діє на опору або підвіс, називають вагою тіла.
- •Невагомість
- •Сила тертя
- •Доцентрова сила
- •Відцентрова сила
- •Сила пружності. Закон Гука
- •§ 8. Закон збереження імпульсу
- •Тема 3 Робота і енергія
- •§ 9. Робота, енергія, потужність
- •Потужність. Одиниці потужності
- •Енергія. Закон збереження енергії.
- •Потенціальна енергія
- •Робота сили тяжіння дорівнює зміні потенціальної енергії тіла, узятій з протилежним знаком.
- •Робота сили пружності дорівнює зміні потенціальної енергії пружно деформованого тіла.
- •Закон збереження механічної енергії
- •Сума потенціальної і кінетичної енергії тіла або декількох тіл називається повною механічною енергією.
- •§ 10. Перетворення енергії і використання машин і механізмів. Коефіцієнт корисної дії
- •Розв’язок:
- •Тема 4 Динаміка обертального руху
- •§11. Рівновага тіл, які мають закріплену вісь обертання.
- •§12. Момент сили і момент інерції тіла відносно осі обертання.
- •Кінетична енергія обертального руху. Момент інерції.
- •Моменти інерції деяких тіл.
- •Теорема Штейнера.
- •§13. Основне рівняння динаміки обертального руху
- •§14. Момент імпульсу. Закон збереження моменту імпульсу
- •Розділ 2 основи молекулярної фізики і термодинаміки
- •Тема 5
- •Основні положення молекулярно-кінетичної теорії
- •§15. Дослідне підтвердження основних положень мкт Існування проміжків між частками
- •Малість розмірів часток речовини
- •Рух часток речовини
- •Дифузія
- •Взаємне притягання і відштовхування молекул
- •Швидкість руху часток і температура
- •Чим більша швидкість руху молекул тіла, тим вища його температура.
- •§16. Три стани речовини
- •§ 17. Кристалічні і аморфні тіла
- •Кристалізація аморфних тіл.
- •§ 18. Будова рідин
- •§ 19. Газоподібні тіла
- •Тема 6 Основні положення молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу § 20. Ідеальний газ і його параметри
- •§ 21. Рівняння стану ідеального газу
- •§ 22. Газові процеси
- •§ 23. Основне рівняння мкт газів
- •§24. Температура
- •§25. Розподіл молекул за швидкостями
- •§ 26. Барометрична формула.
- •§ 27. Короткі відомості про атмосферу.
- •§ 28. Розподіл Больцмана
- •§ 29. Явища переносу
- •Середня довжина вільного пробігу і число зіткнень за секунду молекул газу.
- •Дифузія.
- •Теплопровідність
- •Внутрішнє тертя (в'язкість)
- •Тема 7 Перший закон термодинаміки
- •§ 30. Внутрішня енергія
- •§ 31. Перший закон термодинаміки Способи зміни внутрішньої енергії
- •§ 32. Теплоємність
- •§ 33. Перший закон термодинаміки для різних термодинамічних процесів
- •§ 34. Адіабатичний процес
- •Тема 8 Другий закон термодинаміки
- •§ 35. Теплові двигуни. Термодинамічні цикли. Цикл Карно
- •Двигун внутрішнього згорання
- •§ 36. Незворотність теплових процесів. Другий закон термодинаміки
- •§ 37. Статистичний зміст ентропії
- •Питання і задачі :
- •Розділ 3 електромагнетизм
- •Тема 8 Електростатика
- •§ 38. Електричний заряд. Закон Кулона
- •§ 39. Електричне поле
- •Принцип суперпозиції електричного поля.
- •§ 40. Потік вектора напруженості електричного поля. Теорема Гауса для електричного поля у вакуумі
- •Лінії напруженості електричного поля
- •§41. Робота електричного поля по переміщенню заряду. Потенціал
- •§ 42. Діелектрики і провідники в електричному полі. Поляризація діелектриків. Електроємність. Конденсатори
- •Електрична ємність
- •З'єднання конденсаторів
- •При послідовному з'єднанні конденсаторів складаються зворотні величини ємностей.
- •§43. Енергія електричного поля
- •Енергія зарядженого конденсатора дорівнює роботі зовнішніх сил, яку необхідно витратити, щоб зарядити конденсатор.
- •Тема 9 Електричний струм
- •§ 44. Сторонні сили. Електрорушійна сила. Напруга
- •§ 45. Закон Ома
- •§ 46. Послідовне і паралельне з'єднання провідників. Правила Кірхгофа
- •При послідовному з'єднанні повний опір кола дорівнює сумі опорів окремих провідників.
- •Правила Кірхгофа для розгалужених кіл
- •§ 47. Робота і потужність струму. Закону Джоуля-Ленца
- •Робота dA електричного струму I, що протікає по нерухомому провідникові з опором r, перетвориться в теплоту dQ, що виділяється в провіднику.
- •§ 48. Класична теорія електропровідності металів
- •Закон Ома
- •Закон Джоуля-Ленца.
- •Нині ведуться інтенсивні роботи по пошуку нових речовин з ще вищими значеннями Tкр.
- •Тема 10 Магнітне поле і його характеристики.
- •§49. Закон Ампера. Взаємодія паралельних струмів
- •§ 50. Закон Біо - Савара - Лапласа
- •§ 51. Теорема про циркуляцію вектора індукції магнітного поля
- •§ 52. Сила Лоренца
- •Тема 11
- •§ 53. Магнітне поле в речовині
- •Тема 12 Електромагнітна індукція
- •§ 54. Явище електромагнітної індукції. Правило Ленца
- •§ 55. Самоіндукція. Енергія магнітного поля
- •Енергія магнітного поля
- •Література
- •Тема 1
- •Національна металургійна академія України
- •49600, Г. Дніпропетровськ 5, пр. Гагаріна, 4
- •Редакційно-видавничий відділ нМетАу
Внутрішнє тертя (в'язкість)
Механізм виникнення внутрішнього тертя між паралельними шарами газу або рідини, які рухаються з різними швидкостями, полягає в тому, що із-за хаотичного теплового руху відбувається обмін молекулами між шарами. Внаслідок чого імпульс шару, що рухається швидше, зменшується і навпаки, імпульс шару молекул, які рухаються повільніше збільшується. Це призводить до гальмування шару, який рухається швидше і прискоренню шару, який рухається повільніше.
Сила внутрішнього тертя між двома шарами газу (чи рідини) описується законом Ньютона.
(2.26)
де - коефіцієнт внутрішнього тертя (динамічна в'язкість) .
градієнт швидкості. Знак мінус вказує, що сили внутрішнього тертя, мають такий напрям, що шар газу, який рухається швидко, гальмується, а шар, який рухається повільніше, прискорюється.
Згідно кінетичної теорії газів коефіцієнт внутрішнього тертя рівний:
(2.27)
де - ρ- густина газу, vср - середня арифметична швидкість молекул газу, де λ - середня довжина вільного пробігу.
Явища дифузії, в'язкості і теплопровідності мають немало спільного. По-перше, усі ці явища обумовлюються перенесенням тієї або іншої величини: явища дифузії - перенесенням маси, явища теплопровідності - перенесенням енергії, явища в'язкості - перенесенням імпульсу. По-друге, усі ці явища супроводжуються розсіянням енергії. По-третє, в механізмі усіх цих явищ грає велику роль середня довжина вільного пробігу молекул. Зіставлення явищ дифузії, внутрішнього тертя і теплопровідності приводиться в таблиці 2.4
Таблиця 2.4
Явище |
Величина, яка переноситься |
Рівняння перенесення |
Формула коефіцієнта |
Дифузія
Теплопровідність
Внутрішнє тертя
|
Маса
Енергія у формі тепла
Імпульс
|
|
|
Питання і завдання :
Як називаються газові процеси, які проходять при постійній температурі, об'ємі, тиску?
Накреслити і пояснити графіки ізотермічного і ізобарного процесів в координатах p, V; p, T; T, V.
У чому зміст і яка мета виведення основного рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів?
Який фізичний зміст має функція розподілу молекул за швидкостями?
У чому суть розподілу Больцмана?
Як міняється атмосферний тиск з висотою?
Що таке середня довжина вільного пробігу молекул газу. Від чого вона залежить?
Які явища переносу ви знаєте? У чому їх суть і за яких умов вони виникають?
Балон містить 2 кг газу при 300 К. Яку масу газу треба видалити з балона, щоб при нагріванні до 400 К тиск залишився тим самим? (0,5 кг).
Тиск повітря в шинах велосипеда при температурі 12°С дорівнює 1,5·105Па. Яким став тиск при 31°С?(1,6·105 Па).
Скільки молекул міститься в 1 м3 повітря за нормальних умов? (2,65·1025 молекул).
Густина повітря за нормальних умов дорівнює 1,3 кг/м3. Якою буде густина повітря при температурі 100°С і тиску 4·105Н/м2?(3,8 кг/м3).
У балоні, при температурі 20°С знаходиться суміш газів 200 г водню і 100 г азоту під тиском 2 атмосфери. Знайти густину суміші.(0,23кг/ м3).
Балон, що містить 1,67 кг гелію, розірвався при температурі 400° C. Яка максимальна маса азоту може зберігатися в цьому балоні при температурі 30°С і при п'ятикратному запасі міцності. (5,2 кг).
Визначити найбільш ймовірну, середню квадратичну і середню арифметичну швидкість молекул газу, густина якого при тиску 40 кПа, дорівнює 0,35 кг/м3.(478 м/с, 586 м/с, 540 м/с).
На якій висоті густина повітря в два рази менше густини на рівні моря. Температуру вважати постійною і рівною 0°С.(5,5 км).
Знайти атмосферний тиск на висоті 10 км над рівнем моря. Вважати температуру постійною і рівною 0°С, а Р0= 1 ат. (0,285 ат).
Визначити середню довжину вільного пробігу і число зіткнень молекул водню за одну секунду при температурі 300 К і тиском 5 кПа. Ефективний діаметр молекул прийняти рівним 0, 28 нм. (2,38·10-6м).
Коефіцієнти дифузії і внутрішнього тертя за деяких умов дорівнюють 1.42·10-4 м2/с і 8,5 мкПа·с. Визначити концентрацію молекул повітря за цих умов.(1,25·1024 м-1).