Том-1_РУ

Молекулярная физика и термодинамика

13. На рисунке приведены графики зависимости концентрации молекул газа в поле тяготения от высоты при различных температурах. Каково соотноше-

ние между температурами газа? n n0

T3

T2

T1

h

1)величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы.

2)мера средней кинетической энергии хаотического движения молекул.

3)характеристика агрегатного состояния вещества.

4)мера числа столкновений молекул.

5)мера внутренней энергии вещества.

15.Газ нагревают при постоянном давлении. Как изменяется плотность газа с изменением температуры?

18.Функцией состояния системы являются …

1)совершенная работа. 2) внутренняя энергия.

19.Количеством тепла называется …

1)мера энергии, переданной телу при теплопередаче.

2)энергия тела за вычетом кинетической энергии тела как целого и потенциальной энергии тела во внешнем силовом поле.

3)степень нагретости тела.

4)количество энергии, переданное одним телом другому.

20.Укажите одну из формулировок первого начала термодинамики.

1.Энтропия замкнутой системы не может убывать.

2.Невозможен вечный двигатель второго рода, т.е. такой периодически действующий двигатель, который получал бы тепло от одного резервуара и превращал это тепло полностью в работу.

3.Невозможен процесс, единственным конечным результатом которого была бы совершённая работа за счёт получения количества тепла.

4.Количество тепла, сообщенное системе, идет на изменение внутренней энергии системы и на совершение системой работы над внешними телами.

121

Молекулярная физика и термодинамика

122

Молекулярная физика и термодинамика

34.Адиабатным процессом называют …

1)процесс, происходящий при постоянном объеме.

2)процесс, происходящий при постоянном давлении.

3)процесс, происходящий при постоянной температуре.

4)процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой.

5)процесс, в результате которого система возвращается в исходное состояние.

35.Происходит адиабатное расширение газа. Как изменяются при этом внутренняя энергия и температура? Какая работа совершается при этом (положительная или отрицательная)?

36.Укажите одну из формулировок второго начала термодинамики.

1.Количество тепла, подведенное к системе, идёт на изменение её внутренней энергии и совершение работы над внешними телами.

2.Невозможен процесс, единственным конечным результатом которого была бы передача тепла от менее нагретого тела к более нагретому.

3.Средняя кинетическая энергия, приходящаяся на одну степень свободы, не зависит от вида степени свободы.

4.Невозможен процесс, единственным конечным результатом которого была бы передача тепла от более нагретого тела к менее нагретому телу.

5.Невозможен вечный двигатель первого рода.

37.Укажите формулу, которая определяет кпд любой тепловой машины (в том числе с необратимым циклом).

38.Кпд обратимой тепловой машины зависит …

1)от химической природы рабочего вещества.

2)от конструкции машины.

3)от температуры нагревателя и холодильника (теплоприемника).

39.На каком из участков цикла Карно рабочее тело получает от нагревателя

123

Молекулярная физика и термодинамика

41.Укажите, какая физическая величина «переносится» при теплопроводности.

1.Кинетическая энергия молекул.

2.Масса.

3.Импульс хаотически движущихся молекул.

4.Импульс направленно движущихся молекул.

42.Укажите, какая физическая величина «переносится» при внутреннем трении.

1.Кинетическая энергия молекул.

2.Масса.

3.Импульс хаотически движущихся молекул.

4.Импульс направленно движущихся молекул.

43.Укажите, какая физическая величина «переносится» при диффузии.

1.Кинетическая энергия молекул.

2.Масса.

3.Импульс хаотически движущихся молекул.

4.Импульс направленно движущихся молекул.

44.Укажите основное уравнение, описывающее процесс теплопроводности.

47.Причиной процесса диффузии является …

1)неоднородность плотности.

2)неоднородность температуры.

3)неоднородность скорости упорядоченного движения молекул.

4)неоднородность скорости хаотического движения молекул.

48.Причиной процесса теплопроводности является …

1)неоднородность плотности.

2)неоднородность температуры.

3)неоднородность скорости упорядоченного движения молекул.

4)неоднородность скорости хаотического движения молекул.

49.Причиной процесса внутреннего трения является …

1)неоднородность температуры.

2)неоднородность скорости упорядоченного движения молекул.

124

Молекулярная физика и термодинамика

3)неоднородность скорости хаотического движения молекул.

4)неоднородность плотности.

50.Вакуумом называется …

1)пространство, в котором нет молекул.

2)состояние газа, при котором средняя длина свободного пробега молекул соизмерима с размерами сосуда.

3)состояние газа, при котором отсутствует взаимодействие молекул.

4)состояние газа, при давлении газа менее 133,3 Па (1 мм. рт. ст.).

КОДЫ ОТВЕТОВ К ТЕСТУ «Молекулярная физика и термодинамика»

125

Электростатика и постоянный ток

ЧАСТЬ 3. ЭЛЕКТРОСТАТИКА И ПОСТОЯННЫЙ ТОК

Все тела в природе способны электризоваться, т.е. приобретать электрический заряд. Наличие электрического заряда проявляется в том, что заряженное тело взаимодействует с другими заряженными телами. Имеется два вида электрических зарядов, условно называемых положительными и отрицательными. Заряды одного знака отталкиваются, разных знаков – притягиваются. Взаимодействие между электрически заряженными частицами или макроскопическими заряженными телами называется электромагнитным взаимодействием. Раздел физики, в котором изучают электромагнитные взаимодействия, называется электродинамикой.

Электростатика – раздел электродинамики, в котором рассматриваются свойства и взаимодействие неподвижных в инерциальной системе отсчета электрически заряженных тел или частиц, обладающих электрическим зарядом.

Глава 10. Электрическое поле в вакууме

§34 Электрический заряд. Закон Кулона

Электрический заряд (q) – неотъемлемое свойство некоторых элементарных частиц (протонов, электронов и т.д.), определяющее их взаимодействие с внешним электромагнитным полем.

34.1Свойства заряженных тел

1.Заряд элементарных частиц одинаков по величине. Его называют элемен-

тарным зарядом

qe e 1,6 10 19 Кл.

2.Заряд тела образуется совокупностью элементарных зарядов, поэтому он является величиной, кратной е.

Это свойство называется дискретностью электрического заряда.

3.Алгебраическая сумма зарядов электрически изолированной системы заряженных тел остается величиной постоянной:

i 1

Это утверждение называется законом сохранения заряда.

126

Электростатика и постоянный ток

4.Величина заряда не зависит от того, движется заряд или нет, т.е., заряд – величина инвариантная.

34.2 Закон Кулона

Закон, который позволяет найти силу взаимодействия точечных зарядов, установлен экспериментально в 1785 году Ш. Кулоном*.

Точечный заряд – заряженное тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием от этого тела до других заряженных тел.

В результате опытов Кулон пришел к выводу:

Сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов пропорциональна величине этих зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и зависит от среды, в которой находятся эти заряды.

§35 Электрическое поле. Характеристики электрического поля

Всякое электрически заряженное тело создает в окружающем его про-

странстве электрическое поле. Электрическое поле – это материальная сре-

да, существующая вокруг заряженных тел и проявляющая себя силовым действием на заряды. Особенностью его является то, что это поле создается электрическими зарядами и заряженными телами, а также воздействует на эти объекты независимо от того, движутся они или нет.

Если электрически заряженные тела или частицы неподвижны в данной системе отсчета, то их взаимодействие осуществляется посредством электростатического поля. Электростатическое поле является не изменяющимся во времени (стационарным) электрическим полем.

35.1 Напряженность электрического поля

Для того, чтобы обнаружить и исследовать электрическое поле, используют точечный положительный заряд, который называют пробным – qпр. Если

_______________________________________________________________________________________________________________________

*Кулон Шарль Огюстен (1736–1806), французский физик и военный инженер.

127

Электростатика и постоянный ток

брать разные по величине пробные заряды, то и силы, которые действуют на эти заряды в данной точке поля, будут разными. Однако отношение силы к величине заряда для данной точки поля для всех пробных зарядов будет одним и тем же. Поэтому можно принять это отношение в качестве величины, характеризующей электрическое поле. Введенную таким образом характеристику называют напряженностью электрического поля в данной точке.

Напряженность электрического поля ( E ) – векторная физическая ве-

личина, силовая характеристика электрического поля, численно равная силе, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля.

Если величина и направление вектора напряженности поля в каждой точке одинаковы, то поле называется однородным.

Исходя из закона Кулона, можно рассчитать напряженность электрического поля, создаваемого точечным зарядом.

Если поле создается несколькими зарядами, то напряженность результирующего поля равна векторной сумме напряженностей полей, которые создавал бы каждый из зарядов системы в отдельности (рис. 35.2).

128

Электростатика и постоянный ток

35.2 Потенциал электростатического поля

Рассмотрим электростатическое поле, создаваемое неподвижным точечным зарядом q. В это поле внесем пробный заряд qпр. В любой точке поля на

пробный заряд действует сила, которая в соответствии с законом Кулона равна

Из формулы (35.5) следует, что работа по перемещению заряда в электростатическом поле определяется только начальным и конечным положением заряда. Следовательно, кулоновские силы являются консервативными. Работа консервативных сил (см. §9) равна убыли потенциальной энергии

A Wп2 Wп1 .

Разные пробные заряды qпр1, qпр2 и т.д. будут обладать в одной и той же точке поля различной потенциальной энергией Wп1 , Wп2 и т.д. Однако отноше-

ние потенциальной энергии к величине пробного заряда будет одним и тем же. Эту величину называют потенциалом поля в данной точке и используют для описания электростатических полей.

Потенциал ( ) – скалярная физическая величина, энергетическая ха-

рактеристика электростатического поля, численно равная потенциальной энергии, которой обладал бы в данной точке поля единичный положительный заряд.

129

Электростатика и постоянный ток

где k – коэффициент пропорциональности;

q– заряд, создающий поле;

r– расстояние от заряда до точки, в которой определяется потенциал.

Если r стремится к бесконечности (r ), то потенциал стремится к нулю. Это означает, что потенциал поля точечного заряда обращается в нуль в бесконечно удаленной точке.

Работа A , совершаемая силами электростатического поля при перемещении заряда q из точки 1 с потенциалом 1 в точку 2 с потенциалом 2 равна убыли потенциальной энергии:

Величину 1 2 называют разностью потенциалов. Электрические по-

ля принято связывать не с абсолютными значениями потенциалов, а с их разностями между различными точками пространства.

Таким образом,

Потенциал бесконечно удаленной точки пространства принимают за ну-

левой потенциал. Если заряд q из точки с потенциалом удаляется на бесконечность (там, где по условию потенциал равен нулю) то работа сил поля равна

A q .

Отсюда следует, что потенциал численно равен работе, совершаемой

силами электростатического поля при перемещении единичного положительного заряда из этой точки на бесконечность.

________________________________________________________________________________________________________________________

*Вольта Алессандро (1745–1827), итальянский физик, химик и физиолог.

130