- •Конспект лекций по физике
- •Раздел 2 Молекулярная физика и термодинамика
- •Основы молекулярно-кинетической теории. Термодинамика
- •Основы молекулярно-кинетической теории. Основные положения молекулярно-кинетической теории. Сила и энергия взаимодействия молекул. Шкалы измерения температуры
- •Сила и энергия взаимодействия молекул
- •Контрольные вопросы:
- •Идеальный газ. Давление газа. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа
- •Контрольные вопросы:
- •Зависимость давления газа от температуры при постоянном объеме. Температура как мера средней кинетической энергии движения молекул
- •Связь между абсолютной температурой и кинетической энергией поступательного движения молекул
- •Контрольные вопросы:
- •Уравнение Клапейрона - Менделеева. Закон Дальтона
- •Количество молекул в 1 моле любого вещества одинаково и называется числом Авогадро:
- •2. 1 Моль любого газа при нормальных условиях занимает объём 22,4 дм3. (закон Авогадро).
- •Контрольные вопросы:
- •Изопроцессы и их графики
- •Контрольные вопросы:
- •Выберете правильный ответ на поставленный вопрос
- •Закон Максвелла о распределении молекул идеального газа по скорости и энергии теплового движения
- •Контрольные вопросы:
- •Барометрическая формула. Распределение Больцмана
- •Контрольные вопросы:
- •Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса
- •Изотермы Ван-дер-Ваальса и их анализ. Критическое состояние вещества
- •Контрольные вопросы:
- •Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул
- •Контрольные вопросы:
- •Выберите правильный ответ на поставленный вопрос
- •Основы термодинамики Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы
- •Изменение внутренней энергии тела в процессе теплообмена и совершения работы. Уравнение теплового баланса
- •Уравнение теплового баланса
- •Контрольные вопросы:
- •Первое начало термодинамики. Адиабатный процесс
- •Контрольные вопросы:
- •Выберите правильный ответ на поставленный вопрос
- •Работа газа. Круговой процесс. Кпд кругового процесса Работа газа при изменении объема
- •Контрольные вопросы:
- •Принцип действия тепловой машины. Цикл Карно
- •Кпд тепловой машины
- •Контрольные вопросы:
- •Необратимые процессы. Понятие о втором начале термодинамики
- •Контрольные вопросы:
- •Явления переноса в термодинамически неравновесных системах
- •Контрольные вопросы:
- •Выберите правильный ответ на поставленные вопросы:
- •Агрегатные состояния вещества и фазовые переходы
- •Свойства паров. Влажность воздуха. Способы определения влажности воздуха. Парообразование
- •Влажность воздуха. Точка росы. Способы определения влажности
- •Приборы для определения влажности воздуха
- •Контрольные вопросы:
- •Кипение.
- •Контрольные вопросы:
- •Характеристика жидкого состояния вещества.
- •Молекулярное давление поверхностного слоя жидкости
- •Энергия поверхностного слоя жидкости.
- •Поверхностное натяжение
- •Смачивание
- •Капиллярность
- •Контрольные вопросы:
- •Кристаллическое состояние вещества. Типы связей в кристаллах, виды кристаллических структур
- •Полиморфизм
- •Применение кристаллов
- •Жидкие кристаллы
- •Контрольные вопросы:
- •Механические свойства твердых тел
- •Закон Гука. Модуль упругости
- •Диаграмма растяжения твердого тела
- •Контрольные вопросы:
- •Тепловое расширение твердых тел.
- •Плавление и кристаллизация. Диаграмма фазовых состояний
- •Контрольные вопросы:
Явления переноса в термодинамически неравновесных системах
В термодинамически неравновесных системах возникают особые необратимые процессы, называемые явлениями переноса, в результате которых происходит пространственный перенос энергии, массы и импульса.
Теплопроводность обусловлена переносом энергии.
Диффузия обусловлена переносом массы.
Внутреннее трение обусловлено переносом импульса.
Теплопроводность. Если в одной области газа температура (средняя кинетическая энергия молекул) выше, чем в другой, то вследствие постоянного столкновения молекул происходит выравнивание температур.
Перенос энергии в форме теплоты подчиняется закону Фурье: , где
- плотность теплового потока – величина, определяемая энергией, переносимой в форме теплоты в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную оси Х;
l - теплопроводность;
- градиент температуры.
Знак минус показывает, что при теплопроводности энергия переносится в направлении убывания температуры.
, где:
– удельная теплоемкость газа при постоянном объеме;
áJñ - средняя скорость теплового движения молекул;
- средняя длина свободного пробега.
Диффузия – это выравнивание концентрации молекул двух соприкасающихся тел за счет взаимного проникновения и перемешивания частиц. Для химически однородного газа явление диффузии подчиняется закону Фика: , где:
– плотность потока массы – масса вещества, диффундирующая в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную оси Х;
– диффузия (коэффициент диффузии);
- градиент плотности.
Знак минус показывает, что перенос массы происходит в направлении убывания плотности.
Согласно кинетической теории: .
Внутреннее трение (вязкость) возникает между параллельными слоями газа (жидкости), движущимися с различными скоростями и заключается в том, что из-за хаотического движения происходит обмен молекулами между слоями. В результате импульс слоя, движущегося быстрее, уменьшается, а движущегося медленнее – увеличивается.
Сила внутреннего трения подчиняется закону Ньютона: , где:
- динамическая вязкость (вязкость);
- градиент скорости по направлению х, перпендикулярному направлению движения слоев;
S – площадь, на которую действует сила F.
- импульс, переносимый в единицу времени вдоль оси х через единичную площадку, перпендикулярную оси x (плотность потока импульса).
. Было установлено, что и = 1,
где: - динамическая вязкость; – коэффициент диффузии;
- теплопроводность.
Контрольные вопросы:
-
Расскажите о теплопроводности, как о явлении переноса энергии.
-
Расскажите о диффузии, как о явлении переноса массы.
-
Расскажите о внутреннем трении, как о явлении переноса импульса.
Выберите правильный ответ на поставленные вопросы:
|
|
1. А 2. В 3. С 4. D 5. Е
|
|
|
|
1. 1 2 3 2. 3 2 1 3. 2 1 3 4. 1 3 2 5. 2 3 1 |
|
|
|
1. Внутренняя энергия газа увеличилась.
2. Плотность газа увеличилась. 3. Сжатие газа происходит адиабатически. 4. Работа газа положительна. 5. Газ получил теплоту от окружающей среды |
|
|
|
|
1. NK – получение тепла, LM – отдача тепла. 2. LM – получение тепла, NK – отдача тепла.
3. KL – получение тепла, MN – отдача тепла. 4. MN – получение тепла, KL – отдача тепла. 5. KL – получение тепла. |
|
|
1. . 2. 3. . 4. 5. 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|