Молекулярная и статистическая физика. Термодинамика

1. Какие утверждения справедливы для идеального газа?

а) Состояние газа описывается уравнением .

б) Состояние газа описывается уравнением .

в) Молекулы газа считаются материальными точками.

г) Внутренняя энергия газа складывается из кинетической энергии теплового движения молекул и потенциальной энергии взаимодействия молекул.

2. Как изменится давление газа в сосуде, если концентрацию молекул в нем уменьшить в 3 раза, а температуру увеличить в 2 раза?

а) Увеличится в 1,5 раза.

б) Уменьшится в 6 раз.

в) Увеличится в 6 раз.

г) Уменьшится в 1,5 раза

д) Не изменится.

3. Установите соответствие между названиями изопроцессов и их законами:

Процесс Закон

1) Изохорный а)

2) Изобарный б)

3) Изотермический в)

4) Адиабатный г)

д)

4. Как изменится среднеквадратичная скорость молекул при увеличении температуры газа в 4 раза?

5. Какое из выражений определяет среднюю кинетическую энергию молекулы метана СН₄?

1) кТ, 2) 1,5 кТ, 3) 2,5 кТ , 4) 3 кТ.

6. Энергия теплового движения двух молей аргона равна

1) 2RT, 2) 3RT, 3) 5RT, 4) 6RT.

20. Как изменилась внутренняя энергия идеального газа, если при сообщении ему количества теплоты 30 кДж газ совершил работу 14 кДж?

Глоссарий

АБСОЛЮТНО ТВЕРДОЕ ТЕЛО - тело (система), взаимное положение любых точек которого не изменяется, в каких бы процессах оно не участвовало.

АГРЕГАТНОЕ СОСТОЯНИЕ - термодинамическое состояние вещества, сильно отличающееся по своим физическим свойствам от других агрегатных состояний этого же вещества.

АКУСТИКА (от греч. άχούω (акуо – слышу) - наука о звуке, изучающая физическую природу звука и проблемы, связанные с его возникновением, распространением и восприятием.

АЭРОДИНАМИКА - (от др.-греч. ἀηρ — воздух и δύναμις — сила) — раздел физики, изучающий законы движения газообразной среды и её взаимодействия с движущимися в ней твёрдыми телами.

ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ - вид движения. При вращательном движении абсолютно твёрдого тела его точки описывают окружности, расположенные в параллельных плоскостях. Центры всех окружностей лежат при этом на одной прямой, перпендикулярной к плоскостям окружностей и называемой осью вращения.

ВЯЗКОСТЬ - внутреннее трение, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Различают динамическую вязкость (единицы измерения Пуаз, Па·с) и кинематическую вязкость (единицы измерения Стокс, м²/с).

ГАЗ (иначе - газообразное состояние) (от греч. χάος — хаос) - агрегатное состояние вещества, характеризующееся очень слабыми связями между составляющими его частицами (молекулами, атомами или ионами), а также их большей подвижностью.

ГРАВИТАЦИОННАЯ МАССА - характеристика материальной точки при анализе классической механики, которая полагается причиной гравитационного взаимодействия тел, в отличие от инертной массы, которая определяет динамические свойства тел.

ДАВЛЕНИЕ в физике — отношение силы, нормальной к поверхности взаимодействия между телами, к площади этой поверхности или в виде формулы P = F/S.

ДЕКАРТОВА СИСТЕМА КООРДИНАТ образуется тремя взаимно-перпен-дикулярными осями координат OX, OY и OZ. Оси пересекаются в точке O, которая называется началом координат, на каждой оси выбрано положительное направление, указанное стрелками, и единица измерения отрезков на осях.

ДЕФОРМИРУЕМОЕ ТЕЛО - механическая система, обладающая внутренними степенями свободы (в дополнение к поступательным и вращательным), которые обычно называют колебательными степенями свободы

ДИНАМИКА – раздел механики, в котором рассматривается связь параметров движения с причинами, их вызывающими (силами, моментами сил).

ДИФФУЗИЯ - процесс переноса материи или энергии из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. Самым известным примером диффузии является перемешивание газов или жидкостей.

ЖИДКОСТЬ - одно из агрегатных состояний вещества. Исходя из свойств жидкостей, жидкое состояние обычно считают промежуточным между твёрдым телом и газом. Атомы не имеют определённого положения, но, в то же время, им недоступна полная свобода перемещений.

ЗАКОНЫ НЬЮТОНА - законы классической механики, позволяющие записать уравнения движения для любой механической системы.

ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ - математическая модель газа, в которой предполагается, что потенциальной энергией взаимодействия молекул можно пренебречь по сравнению с их кинетической энергией. Между молекулами не действуют силы притяжения или отталкивания, соударения частиц между собой и со стенками сосуда абсолютно упруги, а время взаимодействия между молекулами пренебрежимо мало по сравнению со средним временем между столкновениями.

ИЗОПРОЦЕССЫ - термодинамические процессы, во время которых одна из физических величин — параметров состояния: давление, объём или температура — остаётся неизменной. Так, неизменному давлению соответствует изобарный процесс, объёму — изохорный, температуре — изотермический. Линиями, изображающими данные процессы на какой-либо термодинамической диаграмме, соответственно называются — изобара, изохора и изотерма.

ИМПУЛЬС - произведение массы тела на его скорость (то же, что и количество движения).

ИНЕРТНАЯ МАССА есть мера инерции объекта, она характеризует сопротивление изменению состояния движения, когда к телу приложена внешняя сила. Чем меньше инертная масса объекта, тем быстрее изменяется его скорость.

ИНЕРЦИАЛЬНАЯ СИСТЕМА ОТСЧЕТА (ИСО) — система отсчёта, в которой справедлив закон инерции: любое тело, на которое не действуют внешние силы, находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

КОЛИЧЕСТВО ДВИЖЕНИЯ - произведение массы тела на его скорость (то же, что и импульс)

МАССА - физическая величина, отвечающая способности физических тел сохранять своё поступательное движение (инертности), а также характеризующая количество вещества.

МАССА ПОКОЯ - это инертная масса тела в сопутствующей системе отсчёта. Подчеркнём, что этот термин возникает, только если принять терминологию релятивистской массы.

МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА - объект, размерами которого при решении задачи можно пренебречь. Однако более чётко следует говорить так: материальная точка — это механическая система, обладающая только поступательными степенями свободы.

МЕХАНИКА (греч. μηχανική — искусство построения машин) — техническая наука, выделившаяся из прикладной физики; наука о движении и силах, вызывающих движение.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА - раздел физики, в котором изучаются 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.

МОЛЬ (обозначение — моль, mol) - единица измерения количества вещества в СИ. Соответствует количеству вещества, содержащему столько структурных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов или любых других частиц), сколько содержится атомов в 0,012 кг изотопа ¹²C.

МОМЕНТ ИМПУЛЬСА (кинетический момент, угловой момент, орбитальный момент, момент количества движения) — количество вращательного движения. Величина, зависящая от того, сколько массы вращается, как она распределена относительно оси вращения и с какой скоростью происходит вращение.

МОМЕНТ СИЛЫ (крутящий момент) — физическая величина, характеризующая вращательное действие силы на твёрдое тело.

НАЧАЛА ТЕРМОДИНАМИКИ - совокупность постулатов, лежащих в основе термодинамики. Необходимость в началах термодинамики связана с тем, что термодинамика описывает макроскопические параметры систем без конкретных предположений относительно их микроскопического устройства.

ОРТ – вектор, по модулю равный единице. В каждой системе координат таких векторов можно провести три, т. е вдоль каждой оси координат.

ПАРЦИАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ (лат. partialis — частичный, от лат. pars — часть) - давление, которое имел бы газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он один занимал объём, равный объёму смеси при той же температуре.

РАБОТА (в механике) - это физическая величина, которая является количественной характеристикой движения тела.

РАДИУС-ВЕКТОР - вектор, который проводится из начала координат в заданную точку пространства.

РЕЛЯТИВИСТСКАЯ МЕХАНИКА - раздел физики, рассматривающий законы механики (законы движения тел и частиц) при скоростях, сравнимых со скоростью света. При скоростях значительно меньших скорости света, переходит в классическую (ньютоновскую) механику.

СИЛА в механике — векторная величина, выражающая внешнее воздействие на материальное тело, заставляющее его испытывать ускорение. Единица измерения силы в системе СИ - Ньютон.

СИСТЕМА - совокупность взаимодействующих объектов.

СКОРОСТЬ – быстрота перемещения объекта в пространстве по траектории.

СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ (СТО), ча́стная тео́рия относи́тельности - теория, заменившая механику Ньютона при описании движения тел со скоростями, близкими к скорости света. При малых скоростях различия между результатами СТО и ньютоновской механикой становятся незначительными.

СПЛОШНАЯ СРЕДА - механическая система, обладающая бесконечным числом внутренних степеней свободы. Её движение в пространстве, в отличие от других механических систем, описывается не координатами и скоростями отдельных частиц, а скалярным полем плотности и векторным полем скоростей.

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА - раздел физики, изучающий поведение систем с очень большим числом частиц в состоянии локального равновесия.

ТЕМПЕРАТУРА (от лат. temperatura — надлежащее смешение, нормальное состояние) — физическая величина, примерно характеризующая приходящуюся на одну степень свободы среднюю кинетическую энергию частиц макроскопической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия. Абсолютная температура измеряется в Кельвинах.

ТЕПЛОЕМКОСТЬ тела (обозначается C) — физическая величина, определяющая отношение бесконечно малого количества теплоты dQ, полученного телом, к соответствующему приращению его температуры dT. Единица измерения теплоёмкости в системе СИ — Дж/К.

ТЕРМОДИНАМИКА - наука, изучающая внутреннее состояние макроскопических тел в равновесии. По другому определению, термодинамика — наука, занимающаяся изучением законов взаимопреобразования и передачи энергии.

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ФАЗА - термодинамически однородная по составу и свойствам часть термодинамической системы, отделенная от других фаз поверхностями раздела, на которых скачком изменяются свойства системы.

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПОТЕНЦИАЛЫ (термодинамические функции) — функции основных макроскопических параметров (температура, давление, энтропия и т. д.) термодинамической системы, характеризующие её состояние

ТРАЕКТОРИЯ - кривая, по которой перемещается объект в пространстве.

УСКОРЕНИЕ – кинематическая характеристика, показывающая, как меняется вектор скорости во времени.

ФАЗОВЫЙ ПЕРЕХОД (превращение) в термодинамике — переход вещества из одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий.

ЭНТРОПИЯ в химии и термодинамике является функцией состояния термодинамической системы; её существование постулируется вторым началом термодинамики.

ЭНЕРГИЯ - характеристика движения и взаимодействия тел, их способности совершать изменения во внешней среде.