БИЛЕТ 1

МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИЕЙ называется учение, которое объясняет строение и свойства тел движением и взаимодействием атомов, молекул и ионов, из которых состоят тела.

В основе МКТ строения вещества лежат три положения, каждое из которых доказано с помощью наблюдений и опытов (броуновское движение, диффузия и др.):

1. вещество состоит из частиц;

2. частицы хаотически движутся;

3. частицы взаимодействуют друг с другом.

Цель молекулярно-кинетической теории - объяснение свойств макроскопических тел и тепловых процессов, протекающих в них, на основе представлений о том, что все тела состоят из отдельных, беспорядочно движущихся частиц.

А т о м о м называется наименьшая частица данного химического элемента.

Каждому химическому элементу соответствуют вполне определенные атомы, сохраняющие химические свойства данного элемента. Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, движущихся в электрическом поле ядра.

М о л е к у л о й называется наименьшая устойчивая частица данного вещества, обладающая его основными химическими свойствами. Молекула состоит из одного или нескольких атомов одинаковых или различных химических элементов. По международному соглашению массы всех атомов и молекул сравниваются с 1/12 массы атома углерода (углеродная шкала относительных атомных масс).

К о л и ч е с т в о м в е щ е с т в а называется физическая величина, определяемая числом молекул, атомов или ионов.

Единицей количества вещества является м о л ь (масса не является мерой количества вещества).

В 1 моле любого вещества содержится одинаковое число атомов, молекул, равное Nа=6,02 * 1023 1/моль (число или постоянная Авогадро).

Количество вещества можно выразить через отношение:

v = N / Na .

ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ, идеализированная модель газа; в идеальном газе силы взаимодействия между частицами (атомами, молекулами) пренебрежимо малы. К идеальному газу близки разреженные реальные газы при температурах, далеких от температуры их конденсации. Зависимость давления идеального газа от его температуры и плотности выражается Клапейрона уравнением.

Термодинамика – это раздел молекулярной физики в котором изучаются тепловые явления и процессы без учета молекулярного строения.

КЛАПЕЙРОНА УРАВНЕНИЕ (Клапейрона — Менделеева уравнение), найденная Б. П. Э. Клапейроном (1834) зависимость между физическими величинами, определяющими состояние идеального газа (давлением p, его объемом V и абсолютной температурой T): pV=BT, где B= ^M/ _m ( М — масса газа, m — его молекулярная масса, R — газовая постоянная). Для 1 моля идеального газа (Д. И. Менделеев, 1874) pV = RT.

Вывод уравнения Клапейрона-Менделеева:

- уравнение состояния газа. Уравнение Клапейрона.

Изопроцессы в идеальном газе

Процессы, при которых один из параметров p, V или Τ остается постоянным при данной массе газа, называют изопроцессами.

Изотермический процесс

Изотермический процесс — это изопроцесс, происходящий при постоянной температуре: Τ = const.

Закон изотермического процесса (Бойля-Мариотта): для данной массы газа при постоянной температуре произведение давления на объем есть величина постоянная:

или для двух состояний

Для осуществления изотермического процесса надо сосуд, наполненный газом, привести в контакт с термостатом.

Термостат — это прибор для поддержания постоянной температуры. Изотермическим процессом приближенно можно считать процесс медленного сжатия или расширения газа в сосуде с поршнем. Термостатом в этом случае служит окружающая среда.

Изобарный процесс

Изобарный процесс — это изопроцесс, происходящий при постоянном давлении: p = const.

Закон изобарного процесса: при данной массе газа при постоянном давлении отношение объема к абсолютной температуре есть величина постоянная

Изохорный процесс — это изопроцесс, происходящий при постоянном объеме: V = const.

Закон изохорного процесса: при данной массе газа при постоянном объеме отношение давления к абсолютной температуре есть величина постоянная:

БИЛЕТ 2

Внутренняя энергия. Изменение внутренней энергии при теплообмене и совершении механической работы. Количество теплоты. Теплоемкость.

В термодинамике под внутренней энергией газа понимают сумму кинетической энергии молекул плюс сумму потенциальной энергий и их взаимодействие.

Под внутренней энергией идеального газа понимают только сумму кинетической энергии молекул.

Одноатомный газ – это газ состоящий из одних атомов. Т.е. кинетической энергии одной молекулы, а их в газе н. U=2/3m/MRT – внутренняя энергия идеального одноатомного газа.

У реального газа внутренняя энергия может зависеть ещё и от объема.

Существует два способа изменения внутренней энергии тела (газа):

1. совершение над телом работы

2. подвести к нему теплоту.

Рассмотрим первый способ. В термодинамике в отличие от механики работа совершается при перемещении слоев одного и того же газа относительно других слоев.

Пусть газ под поршнем расширяется. F – сила с которой на газ действуют внешние силы, F’ – сила с которой сам газ действует на внешние силы. По 3 закону Ньютона: F=-F’.

A’=F’h(дельта)

A’ – это работа, которую совершает газ при расширении. A’=pV(дельта).

Если газ расширен, то V(дельта)>0, A’ – положительна. V(дельта)<0, A – отрицательна. A=-pV(дельта)

A – работа совершенная над газом.

V(дельта)>0, A<0 V(дельта)<0, A>0

Теплота

Процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения над телом работы – теплообмен или теплопередача.

Количество теплоты (Q) – количественная мера измерения внутренней энергии тела при теплообмене.

1. теплота при увеличении температуры: Q=cm (t2-t1), c – удельная теплоемкость.

2. Теплота при парообразовании Q=Lm, L – удельная теплота парообразования

3. Плавление Q=λm, λ – удельная теплота плавления

4. Теплота сгорания Q=rm, r – удельная теплота сгорания.

ТЕПЛОЕМКОСТЬ, количество теплоты, которое необходимо подвести к телу, чтобы повысить его температуру на 1 К, точнее — отношение количества теплоты, полученного телом (веществом) при бесконечно малом изменении его состояний в каком-либо процессе, к вызванному им приращению температуры. Теплоемкость единицы массы называют удельной теплоемкостью.

БИЛЕТ 3

Теплота сгорания топлива. Тепловые двигатели. КПД теплового двигателя. Цикл Карно.

ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ (теплота горения), количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании топлива. Различают теплоту сгорания низшую (без учета теплоты, израсходованной на испарение воды, содержащейся в топливе или образующейся при сгорании) и высшую, а также удельную и объемную.

Необратимыми – называются процессы, которые могут протекать только в одном направлении, а в другом только как звено более сложного процесса.

Тепловые двигатели – это устройства преобразования внутренней энергии топлива в механическую энергию. Из всех двигателей на Земле тепловые составляют 80%. Тепловые двигатели отличаются только способом подогрева рабочего тела (расщепление ядра и др.).

Рабочее тело – это газ, который при нагреве совершает работу.

Нагреваем газ. Он расширяясь, совершает работу, при этом лопасти проворачиваются, т.к. существует разность давлений. Между давлением рабочего тела и давлением атмосферы. Если бы газ мог бы охладиться до наименьшей температуры, то вся его внутренняя энергия пошла бы на полезную работу. Но если он охладиться ниже чем температура атмосферы, то вращения в нужном направлении не будет.

Схематическое изображение устройства теплового двигателя:

Всегда при работе теплового двигателя часть теплоты Q₁ полученная от нагрева расходуется не только на выполнение полезной работы, но и на теплоту Q₂. Холодильником является атмосфера или конденсатор.

Чтобы рассчитать коэффициент теплового двигателя: n=A’/Q₁=Q₁-Q₂/Q₁=1-Q₂/Q₁

Q₁=A’+Q₂

A’=Q₁-Q₂

Французский ученый Карно предложил использовать вместо рабочего тела идеальный газ. Такая машина получила название «машина Карно». КПД этой машины: n=T₁-T₂/T₁=1-T₂/T₁. Т₁-нагрев, Т₂-холод.

КАРНО ЦИКЛ, обратимый круговой процесс, состоящий из двух изотермических и двух адиабатных процессов; впервые рассмотрен Н. Л. С. Карно (1824) в связи с определением кпд тепловых машин. Кпд Карно цикла n не зависит от свойств рабочего тела (пара, газа и т. п.) и определяется температурами теплоотдатчика Т₁ и теплоприемника Т₂, n = ( Т₁- Т₂)/ Т₁. Кпд любой тепловой машины не может быть больше кпд Карно цикла (при тех же Т₁ и Т₂).

БИЛЕТ 4

Сила взаимодействия точечных зарядов. Закон Кулона. Диэлектрическая проницаемость среды. Электрическая постоянная.

Электрический заряд – это такое свойство тела, которое без него не может существовать.

Существует два вида заряда:

1. заряд получающийся от трения стекла о шелк – положительный.

2. а при трении эбонита о мех – отрицательный.

Закон сохранения электрического заряда: В замкнутой системе алгебраическая сумма электрических зарядов тел равна нулю.

Перед учеными возник вопрос: как измерить силу взаимодействия двух зарядов? На этот вопрос сумел ответить французский ученый Шарль Кулон с помощью крутильных весов.

Точечный заряд (точечное тело) – это тело размерами которого в данных условиях можно пренебречь.

Закон Кулона для двух точечных зарядов находящихся в вакууме:

Сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо-пропорциональна произведению зарядов и обратно-пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Для заряда вводится новая величина Кулон [q]=1Кл (Кулон).

Существует элементарный заряд и его принимают за заряд электрона.

е=1,6*10^-19Кл

- коэффициент пропорциональности = 9*10⁹ Нм²/Кл²

- электрическая постоянная = 8,85*10^-12 Кл²/Нм²

Силы взаимодействия двух точечных зарядов действуют по линии соединяющей эти заряды.

Т.к. диэлектрик помещенный в электрическое поле уменьшает его, то чтобы показать во сколько раз происходит это уменьшение вводят величину Е – диэлектрическая проницаемость.

, где Е₀ – напряженность электрического поля в вакууме, а Е – в диэлектрике.

- показатель во сколько раз поле в вакууме больше чем поле в диэлектрике.

Диэлектрическая проницаемость зависит от частоты поля; в сильных электрических полях диэлектрическая проницаемость начинает зависеть от напряженности поля.

Диэлектрическая проницаемость среды – физическая величина, показывающая во сколько раз модуль напряженности поля в среде меньше чем в вакууме.

Закон Кулона для среды:

БИЛЕТ 5

Электрическое поле. Напряженность – силовая характеристика электрического поля. Графическое изображение электрических полей. Принцип суперпозиции.

Сторонники теории дальнодействия утверждали, что тела взаимодействуют через пустоту и это взаимодействие передается мгновенно.

Согласно теории близкодействия любое взаимодействие осуществляется с помощью промежуточных звеньев и распространяется с конечной скоростью.

Майкл Фарадей окончательно утвердил теорию близкодействия, заявив что между электрическими зарядами существует промежуточное звено – электрическое поле и любое взаимодействие передаётся с конечной скоростью не больше скорости света С=300000 км/с или 3*10⁸ м/с.

Электрическое поле – это особый вид материи который характеризуется действием на электрические заряды и обладает определенными свойствами отличающими его от других полей и других материй.

Свойства электрического поля:

1. оно существует не зависимо от наших знаний о нем

2. электрическое поле действует на электрические заряды с некоторой силой

3. электростатическое поле – поле неподвижных зарядов:

• оно не меняется со временем.

• Создается только покоящимися зарядами

• Существует в пространстве окружающем эти заряды и непрерывно с ним связано.

Если есть электрическое поле, то каким полем его можно измерить?

Существует две характерные величины электрического поля:

1. векторная (силовая)

2. энергетическая

Векторная характеристика электрического поля (силовая)

Е – напряженность электрического поля. Характеристика поля созданного зарядом q

и независящая от зарядов помещенных в это поле.

Две формулы для расчета напряженности поя:

1. q – заряд на который поле действует.

2. q – заряд который поле порождает

Напряженность – величина векторная, значит необходимо уметь находить направления вектора Е.

Вектор всегда лежит на промежутке соединяющем заряды, мысленно в любую точку поля мы всегда помещаем положительный заряд.

Принцип суперпозиции – напряженность поля в точке действия нескольких полей равна геометрической сумме напряженности каждого из полей.

Силовые линии электрического поля – воображаемые непрерывные линии в каждой точке которых касательные совпадают с вектором напряженности в этих точках.

Силовые линии начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных.

Между двумя заряженными частицами:

Однородным называется поле – напряженность в каждой точке которого равна по величине и направлению

БИЛЕТ 6

Закон Ома для участка цепи без ЭДС. Сопротивление проводника. Падение напряжения. Потеря напряжения.

Действия электрического тока:

1. тепловое

2. химическое

3. магнитное

4. световое

Электрический ток – упорядоченное движение заряженных частиц. Для измерения тока применяют две величины:

1. I – сила тока

Сила тока – это физическая величина численно равная заряду протек. через поперечное сечение проводника за единицу времени (1 с).

I=1A (ампер) (основная величина).

2. Плотность тока

Плотность тока – величина равная отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника.

J=1А/м²

Направлена в сторону движения электрического тока.

Закон Ома для участка цепи:

Сила тока участка проводника прямо-пропорциональна напряжению на концах проводника и обратно-пропорционально сопротивлению этого участка.

У каждого проводника существует сопротивление – это свойство проводника препятствовать движению электрического тока (R). [R]=1 Ом

Зависимость сопротивления от геометрических размеров.

- удельное сопротивление

l – длина проводника, S – площадь поперечного сечения.

- это сопротивление проводника сделанного в форме куба с ребром длиной=1м, если ток проходит перпендикулярно одной из его граней. = Ом*м. Зависит от рода вещества и от условий существования.

площадь круга

БИЛЕТ 7

Внешний и внутренний участки цепи. Закон Ома для замкнутой цепи с одной ЭДС.

Для того, чтобы определить силу источника тока (сторонние силы) вводят понятие ЭДС. (Е).

ЭДС – численно равна работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура к этому заряду.

А_ст=Е-q=ЕIt(дельта)

У любого источника тока существует внутреннее сопротивление.

r=внутренне сопротивление

При прохождении тока по внешней цепи и внутри источника выделяется теплота.

Q=Qвнеш+Qвнутр=I²Rt(дельта)+I²rt(дельта)=I²t(дельта)(R+r)

Закон Ома для полной цепи:

закон Ома для полной цепи

R+r – полное сопротивление цепи

Сила тока в цепи содержащей источник тока, прямо-пропорциональна ЭДС источника и обратно-пропорциональна полному сопротивлению цепи.

Сопротивление цепи E=IR+Ir

Если по какой-нибудь причине внешнее сопротивление стало равно нулю (может быть замыкание на клеммах источника), то сила тока в цепи резко возрастет и это явление называется коротким замыканием. В случае короткого замыкания закон Ома записывается в следующем виде: I=E/r, R=0

Мощность выделившиеся во внешней цепи называется полезной.