8. Кинетическая энергия частицы и системы частиц. Полная механическая энергия системы. Закон изменения полной механической энергии.

Пусть частица массой mдвижется под некоторой силойF. Природа силы может быть разной. Найдём работу этой силы на участке А₁₂

Полная механическая энергия системы. Закон изменения полной механической энергии.

1) Пусть система состоит их 1 частицы и на эту системы действуют силы

- Закон изменения полной механической энергии.

Изменение полной механической энергии системы происходит за счёт работы диссипативной силы.

2) Пусть система состоит из нескольких частиц, на которые действуют силы.

- Закон изменения полной механической энергии.

3) Механическая система называется замкнутой, если на неё действуют внешние силы

- Закон изменения полной механической энергии.

4) Замкнутая механическая система называется консервативной, если в ней действуют только консервативные силы

Полная механическая энергия всегда сохраняется.

9. Абсолютно неупругое соударение. Абсолютно упругое центральное соударение.

Абсолютно не упругий центральный удар- это столкновение двух тел в результате, которого тела движутся как одно целое, при этом кинетическая энергия переходит во внутреннюю энергию системы.

Центральное соударение – это когда шарики движутся по одной прямой.

При абсолютно неупругом соударении выполняется закон импульса. Найдём скорость этой системы

Абсолютно упругое центральное соударение.

Это соударение, в результате которого внутренняя система энергии не изменится.

Центральный удар –это когда сталкивающиеся частицы движутся по одной прямой проходящие через их центры.

19. Моменты импульса. Момент силы.

10. Моменты импульса. Момент силы. Уравнение моментов.

Уравнение моментов.

11. Уравнение моментов для вращения вокруг неподвижной оси. Момент инерции. Найти Кинетическая энергия при вращательном движении. Закон сохранения момента импульса.

Момент инерции – это мера неподатливости тела к изменению его угловой скорости (последняя строчка с формулой после этой строчки идёт).

Закон сохранения момента импульса.

Закон сохранения импульса – это фундаментальный закон природы, который следует из изотропности пространства. Изотропность пространства означает, что если механическую систему, как целое повернуть на некоторый угол Фи , то все процессы в этой системе будут идти без изменений. Получить этот закон можно из уравнения момента.

12, Динамика твердого тела. Центр масс твердого тела. Поступательные движения твердого тела.

Твердое тело – это совокупность материальных точек, расстояние между которыми не изменяется в процессе движения. Причем в классической физике мы принимаем материальную точку – как частицу вещества, которая сохраняет свойства веществ с одной стороны, а с другой стороны, она достаточно мала, чтобы ее считать материальной точкой. Основная задача динамики – это описать характер движения твердого тела.

13, Вращательные движения твёрдого тела. Момент инерции твердого тела. Примеры вычисления момента инерции твердого тела. Теорема Штейнера.

Момент инерции твердого тела. Примеры вычисления момента инерции твердого тела. Теорема Штейнера.

Вычислим момент инерции однородного стержня проходящего через центр масс.

В момент инерции тело относительно центра масс

Теорема Штейнера.

14.Молекулярная физика. Идеальный газ. Уравнения состояния идеального газа.

Молекулярная физика— раздел физики, который изучает физические свойства тел на основе рассмотрения их молекулярного строения. Задачи молекулярной физики решаются методами физической статистики, термодинамики и физической кинетики, они связаны с изучением движения и взаимодействия частиц (атомов, молекул, ионов), составляющих физические тела.

Идеальный газ– это совокупность материальных точек с конечной массой, между которыми отсутствует сила взаимодействия и которые сталкиваются по закону соударения упругих шаров, размерами молекул пренебрегаем, как и массой и силой взаимодействия.

Состояние идеального газа, как и любого другого тела состоит из большого числа частиц описанных с помощью макроскопических параметров, таких как: давление(Р), температура(Т), объём(V), плотность(ρ), концентрация(n). Особое место среди них занимает – температура.

Температура вводится для количественной характеристики различной степени нагретости тел.

Температура– это физическая величина, которая регулирует состояние термодинамического равновесия.

Термодинамическое равновесие-это состояние системы, при котором прекращаются все макроскопические процессы или изменения.

Все эти макроскопические параметры в состоянии термодинамического равновесия, такие как: давление, температура, объём и т.д., связаны между собой уравнением состояния идеального газа

Ур идеал.газ:

PV=(m/µ)*RT– основное уравнение Менделеева-клопейрона , гдеP– давление,V– объём,m– масса газа,µ- молярная масса газа,R– газовая постоянная, Т – температура.

m/µ=ν

m=m_{o *} N_A

µ= m_{o *} N_A m/µ= m_{o *} N_A/ m_{o *} N_A

Число ν– это 6,02*10²³моль^-1;N_A=6,02*10²³моль^-1

15. Распределение Максвелла молекул по скоростям.

Распределение Максвелла — распределение вероятности, встречающееся в физике и химии. Оно лежит в основании кинетической теории газов, которая объясняет многие фундаментальные свойства газов, включая давление и диффузию.

Распределение Максвелла также применимо для электронных процессов переноса и других явлений. Распределение Максвелла применимо к множеству свойств индивидуальных молекул в газе. О нем обычно думают как о распределении энергий молекул в газе, но оно может также применяться к распределению скоростей, импульсов, и модуля импульсов молекул. Также оно может быть выражено как дискретное распределение по множеству дискретных уровней энергии, или как непрерывное распределение по некоторому континууму энергии.

Распределение Максвелла по абсолютным значениям скорости:

.

Распределение Максвелла по скоростям:

Распределение Максвелла по компонентам скорости ():

dN/NdU=

16. Распределение Больцмана. Барометрическая формула.

17. Физические основы термодинамики. Внутренняя энергия идеального газа.

Теплота и работа, как формы передачи энергии. Теплоёмкость.

Изучает физические свойства тел, путём изучения всех процессов с энергетической точки зрения. Задача термодинамики – описать состояние системы состоящей из большого числа частиц.

Основной объект исследования – идеальный газ.

В основе термодинамики лежат три начала:

1) Закон сохранения энергии в применении к процессам, рассматриваемым в термодинамике.

Первое начало устанавливает количество соотношения при переходе из одного состояния в другое.

2) Оно характеризует направление развития процессов и утверждает, что самопроизвольно могут идти только такие процессы, в результате которых система приходит в равновесное состояние

3) Оно характеризует ограничения на процессы и утверждает, что могут идти только те процессы, которые приводят к достижению абсолютного 0, или ниже, невозможны процессы, которые приводили бы к получению термодинамического 0 температур Кельвина

Внутренняя энергия системы.

Это физическая величина характеризующая систему состоящую из большого числа частиц.

Внутренняя энергия складывается из энергии движения всех её частиц ,атомов и молекул.

Атомы могут двигаться поступательно вращаться и участвовать в колебательных движениях.

Опыт показал, что потенциальная энергия взаимодействия между молекулами мала, а для идеального газа она ничтожна, поэтому считается что внутренняя идеальна газа = сумме энергий всех молекул входящих в систему.

Внутренняя энергия величина аддитивная

Теплота и работа, как формы передачи энергии. Теплоёмкость.

Теплота

Эта форма передачи эенргии в специфическом виде молекулярного движения.

Энергия передается телу окружающей среду в результате теплообмена, называется теплотой.

Процесс обмена внутренних энергий соприкасающихся тел не сопровождается механической работой.

dQ=dU+dA

dQ=m*c*dTтеплота в ДЖ

теплота аддитивная.

18. Первое начало термодинамики: изохорические, изобарические, изотермические процессы, адиабатный процесс и политропический процесс.

M;V=const, изохор.

мю*св=i/2*r

Первое начало термодинамики: адиабатный процесс. Уравнение адиабаты, работа при адиабатическом процессе.

Политропический процесс.

Это изменение состояния физ. системы, при котором сохраняется постоянной её теплоёмкость (С). Кривая на термодинамич. диаграммах, изображающая П. п., называется политропой. Простейшим примером обратимого П. п. может служить П. п. с идеальным газом, определяемый ур-нием pVn=const, где р — давление, V — объём газа, n=(C-Cp)/(C-Cv) — показатель политропы (Ср и Сv — теплоёмкости газа соответственно при постоянном давлении и объёме). Используя ур-ние состояния идеального газа, ур-ние политропы можно записать в ином виде: pTn/(1-n)=const или VT1/(n-1)=const (здесь Т — абс. темп-pa). Ур-ние П. п. идеального газа включает как частные случаи ур-ния: адиабаты (С=0, n= Cp/Cv, это отношение теплоёмкостей обозначают g), изобары (С=Ср, n=0), изохоры (С =Сv, n=?) и изотермы (С=?, n=1). Работа А идеального газа в П. п. против внеш. давления определяется по ф-ле

A =(1/(n-1))(p1V1-p2V2).

где индексами 1 и 2 обозначены начальные и конечные состояния газа.

Понятием «П. п.» широко пользуются в техн. термодинамике при исследовании рабочих циклов термодинамических тепловых двигателей.

19. Обратимые и необратимые процессы. Циклические процессы. КПД цикла.

Цикл Карно и его КПД.

В термодинамике процессом называется всякое изменение параметров.

Обратимый процесс – это такой процесс, для которого возможен переход из конечного состояние в начальное через те же состояние, что и в прямом процессе.

Необратимым процессом – называется процесс, при котором переход из состояния 2 в состояние 1, через те же равновесные состояние невозможен.

Равновесные состояния являются обратимыми, а неравновесные необратимыми.

Циклом называются процессы начало, и конец которых совпадает.

Цикл осуществляемый по часовой стрелке называется – прямым. Против часовой – обратным.

При прямом цикле система берёт тепла больше у нагревателя, чем передаёт холодильнику. Чем больше Qнагревателя, тем большеQцикла.

Работа любой машины оценивается с помощью КПД.

Все тепловые машины работают по прямому циклу, все холодильники по обратному.

Ню = Апол/qзатр

Цикл Карно и его КПД.

Таким образом, мы заключаем, что КПД цикла Карно зависит только от температуры нагревателя и холодильника, и не зависит от качества газа и конструкции машины.

20. Термодинамическое определение энтропии. Второе начало термодинамики.

Третье начало термодинамики. Уравнение Нернста.

S=Ln(Омега) ;S– энтропия

Омега - стилистический вес – это число микросостояний отвечающих данному микросостоянию.

Микросостояния описываются с помощью координаты и импульса.

Энтропия – мера хаотичности системы.

S=k*ln(Омега)

k- постоянна больцмана, 1,38*10^-23 ДЖ/К

Свойство энтропии:

1. Функция состояния системы S=S(E,v)

2. Энтропия замкнутой системы находящаяся в системе Термодинамического Равновесия – является максимальной.

3. Энтропия замкнутой системы может либо возврастать либо оставаться постоянной (дельта)S>= 0

Третье начало термодинамики. Уравнение Нернста.

(мб dQ/T<=dS; dQ=0; aS>=0)

Кароч Lim S = 0 ; T->0

Третье начало термодинамики накладывает ограничения на процессы, которые могут идти самопроизвольно в системе, и утверждает, что невозможны процессы, приводящие к получению термодинамического 0 температур.

Теорема Нернста.

Согласно теореме Нернста при достижении абсолютного 0 температур энтропия системы будет равна 0, однако опыт показывает, что невозможно достижение абсолютного 0 температур. К тому же это противоречит второму началу термодинамики.

Теорема Нернста утверждает, что всякий термодинамический процесс, протекающий при фиксированной температуре  в сколь угодно близкой к нулю, , не должен сопровождаться изменениемэнтропии , то есть изотерма  совпадает с предельной адиабатой .

Существует несколько формулировок теоремы, которые эквивалентны между собой: [1]

• Энтропия  любой системы при абсолютном нуле температуры: , является универсальной постоянной , не зависящей ни от каких переменных параметров (давления, объема и т. п.).

• При приближении к абсолютному нулю, , энтропия S стремится к определенному конечному пределу , не зависящему от конечного состояния системы.

• При приближении к абсолютному нулю, , приращение энтропии  не зависит от конкретных значений термодинамических параметров состояния системы и стремится к вполне определенному конечному пределу.

• Все процессы при абсолютном нуле, , при которых система переходит из одного равновесного состояния в другое, происходят без изменения энтропии.

Выбор универсальной постоянной , равной энтропии при , произволен. Условились энтропию всякой равновесной системы при абсолютном нуле температур считать равной нулю: .

21. Закон Кулона

Закон Кулона— это закон, описывающий силы взаимодействия между точечными электрическими зарядами.

Был открыт Шарлем Кулономв 1785 г.

Иначе: Два точечных заряда в вакууме действуют друг на друга с силами, которые пропорциональны произведению модулей этих зарядов, обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними и направлены вдоль прямой, соединяющей эти заряды. Эти силы называются электростатическими (кулоновскими).

Важно отметить, что для того, чтобы закон был верен, необходимы:

точечность зарядов — то есть расстояние между заряженными телами много больше их размеров — впрочем, можно доказать, что сила взаимодействия двух объёмно распределённых зарядов со сферически симметричными непересекающимися пространственными распределениями равна силе взаимодействия двух эквивалентных точечных зарядов, размещённых в центрах сферической симметрии;

их неподвижность. Иначе вступают в силу дополнительные эффекты: магнитное поле движущегося заряда и соответствующая ему дополнительная сила Лоренца, действующая на другой движущийся заряд;

взаимодействие в вакууме.

Однако с некоторыми корректировками закон справедлив также для взаимодействий зарядов в среде и для движущихся зарядов.

Сила взаимодействия двух точечных зарядов пропорциональна величине каждого из зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Закон Кулона может быть выражен следующей формулой:

– коэффициент пропорциональности

– величины взаимодействующих зарядов

– расстояние между ними

– сила

Закон Кулона можно записать в векторном виде:

OR

В этом выражении под r следует подразумевать вектор, проведенный от одного заряда к другому и имеющий направление к тому из зарядов, к которому приложена силаf (рис. 2).

(эл заряды – физчическая величина определающая интенсивность элетромагнитных взаимодействий.)

Эл-зарыды:

Скалярные знакопеременные. ( одного заряда отталикаются, разного притагиваются)

Инвариантная.

Аддитивная.

Сущ елементарный заряд. (e=1,6*10^-19 Кл)

Закон кулона справедлив только для точечных зарядов!

Точечные заряды – назы. Заряжены е тела размерами которых можно принебречь, но по сравнению с расстоянием от этих тел, до других заряженных тел.