- •49 Петля Гистерезиса.
- •48. Электрическое поле в диэлектриках
- •47 Диполь в электрическом поле
- •46. Поле диполя
- •36. Распределение Больцмана
- •34. Распределение молекул по скоростям Максвелла.
- •Основное уравнение мкт
- •[Править]Вывод основного уравнения мкт
- •[Править]Уравнение среднеквадратичной скорости молекулы
- •27. Вынужденные колебания. Резонанс.
- •[Править]Осевой момент инерции
- •[Править]Теорема Гюйгенса-Штейнера
- •[Править]Осевые моменты инерции некоторых тел
- •16. Динамика вращательного движения
- •15. Вращение вокруг неподвижной оси
- •Определение
- •Основные понятия
- •[Править]Синхронизация времени
- •[Править]Линейность преобразований
- •[Править]Согласование единиц измерения
- •[Править]Изотропность пространства
- •[Править]Принцип относительности
- •[Править]Постулат постоянства скорости света
- •[Править]Непротиворечивость теории относительности
- •Третий закон Ньютона
- •[Править]Современная формулировка
- •4. Криволинейное движение
- •1 Кинематика поступательного движения
- •2. Кинематика вращательного движения.
Основное уравнение мкт
, где k является постоянной Больцмана (отношение универсальной газовой постоянной R к числу Авогадро NA), i — число степеней свободы молекул (i = 3 в большинстве задач про идеальные газы, где молекулы предполагаются сферами малого радиуса, физическим аналогом которых могут служить инертные газы), а T - абсолютная температура.
Основное уравнение МКТ связывает макроскопические параметры (давление, объём, температура) газовой системы с микроскопическими (масса молекул, средняя скорость их движения).
[Править]Вывод основного уравнения мкт
Пусть имеется кубический сосуд с ребром длиной l и одна частица массой m в нём.
Обозначим скорость движения vx, тогда перед столкновением со стенкой сосуда импульс частицы равен mvx, а после — − mvx, поэтому стенке передается импульс p = 2mvx. Время, через которое частица сталкивается с одной и той же стенкой, равно .
Отсюда следует:
Так как давление , следовательно сила F = p * S
Подставив, получим:
Преобразовав:
Так как рассматривается кубический сосуд, то V = Sl
Отсюда:
.
Соответственно, и .
Таким образом, для большого числа частиц верно следующее: , аналогично для осей y и z.
Поскольку , то . Это следует из того, что все направления движения молекул в хаотичной среде равновероятны.
Отсюда
или .
Пусть — среднее значение кинетической энергии всех молекул, тогда:
, откуда .
Для одного моля выражение примет вид
[Править]Уравнение среднеквадратичной скорости молекулы
Уравнение среднеквадратичной скорости молекулы легко выводится из основного уравнения МКТ для одного моля газа.
, для 1 моля N = Na, где Na — постоянная Авогадро
Nam = Mr, где Mr — молярная масса газа
Отсюда окончательно
32. вантовая теория теплоёмкостей Эйнштейна − была создана Эйнштейном в 1907 году, при попытке объяснить экспериментально наблюдаемую зависимость теплоёмкости от температуры.
При разработке теории Эйнштейн опирался на следующие предположения:
-
Атомы в кристаллической решетке ведут себя как гармонические осцилляторы, не взаимодействующие друг с другом.
-
Частота колебаний всех осцилляторов одинакова.
-
Число осцилляторов в 1 моле вещества равно 3Na, где Na - число Авогадро.
-
Энергия их квантована: ,
-
Число осцилляторов с различной энергией определяется распределением Больцмана:
Внутренняя энергия 1 моля вещества:
.
находится из соотношения для среднего значения:
и составляет:
,
отсюда:
.
Определяя теплоёмкость как производную внутренней энергии по температуре, получаем окончательную формулу для теплоёмкости:
.
31. Уравнение состояния газа Ван-дер-Ваальса — уравнение, связывающее основные термодинамические величины в модели газа Ван-дер-Ваальса.
Хотя модель идеального газа хорошо описывает поведение реальных газов при низких давлениях и высокихтемпературах, в других условиях её соответствие с опытом гораздо хуже. В частности, это проявляется в том, что реальные газы могут быть переведены в жидкое и даже в твёрдое состояние, а идеальные — не могут.
Для более точного описания поведения реальных газов при низких температурах была создана модель газа Ван-дер-Ваальса, учитывающая силы межмолекулярного взаимодействия. В этой модели внутренняя энергияU становится функцией не только температуры, но и объёма.
Уравнение состояния
Термическим уравнением состояния (или, часто, просто уравнением состояния) называется связь междудавлением, объёмом и температурой.
Для одного моля газа Ван-дер-Ваальса оно имеет вид:
где
-
p — давление,
-
V — молярный объём,
-
T — абсолютная температура,
-
R — универсальная газовая постоянная.
Видно, что это уравнение фактически является уравнением состояния идеального газа с двумя поправками. Поправка a учитывает силы притяжения между молекулами (давление на стенку уменьшается, т.к. есть силы, втягивающие молекулы приграничного слоя внутрь), поправка b — силы отталкивания (из общего объёма вычитаем объём, занимаемый молекулами).
Для ν молей газа Ван-дер-Ваальса уравнение состояния выглядит так:
где
-
V — объём,
30. Закон Пуассона является законом распределения вероятностей, например, для следующих случайных величин.
а) Пусть на интервале ]0, N[ оси Ох случайно размещаются п точек независимо друг от друга, причем события, заключающиеся в попадании одной точки на любой наперед заданный отрезок постоянной (например, единичной) Длины, равновероятны.
Если ЙЙЙ , то случайная величина X, равная числу точек, попадающих на заданный отрезок единичной длины (которая может принимать значения О, 1, …, т, …)» распределяется по закону Пуассона.
б) Если п равно среднему числу вызовов абонентов, поступающих за один час на данную телефонную станцию, то число вызовов, поступающих за одну минуту, приближенно распределяется по закону Пуассона, причем а = /г/60.
Математическое ожидание и дисперсия случайных величин, распределенных по биномиальному закону и закону Пуассона, определяются по следующим формулам:
для биномиального закона: М(Х) = пр; D(X) = npq;
для закона Пуассона: М(Х) = а; D(X) = a.
29. Закон Бо́йля — Марио́тта — один из основных газовых законов, открытый в 1662 году Робертом Бойлем и независимо переоткрытый Эдмом Мариоттом в 1676 году. Закон является частным случаемуравнения состояния идеального газа.
Закон Бойля — Мариотта гласит:
При постоянной температуре и массе идеального газа произведение его давления иобъёма постоянно.
В математической форме это утверждение записывается следующим образом
pV = const,
где p — давление газа; V — объём газа.
28. Уравнение состояния идеального газа. (Уравнение Менделеева—Клапейрона.) Изопроцессы. Состояние данной массы газа полностью определено, если известны его давление, температура и объем. Эти величины называют параметрами состояния газа. Уравнение, связывающее параметры состояния, называют уравнением состояния. Для произвольной массы газа состояние газа описывается уравнением Менделеева—Клапейрона: pV = mRT/M, где р — давление, V — объем, m — масса, М — молярная масса, R — универсальная газовая постоянная. Физический смысл универсальной газовой постоянной в том, что она показывает, какую работу совершает один моль идеального газа при изобарном расширении при нагревании на 1 К (R = 8,31 ДжДмоль • К)). Уравнение Менделеева—Клапейрона показывает, что возможно одновременное изменение трех параметров, характеризующих состояние идеального газа. Однако многие процессы в газах, происходящие в природе и осуществляемые в технике, можно рассматривать приближенно как процессы, в которых изменяются лишь два параметра. Особую роль в физике и технике играют три процесса: изотермический, изохорный и изобарный. Изопроцессом называют процесс, происходящий с данной массой газа при одном постоянном параметре — температуре, давлении или объеме. Из уравнения состояния как частные случаи получаются законы для изопроцессов. Изотермическим называют процесс, протекающий при постоянной температуре. Т = const. Он описывается законом Бойля—Мариотта: pV = const. Изохорным называют процесс, протекающий при постоянном объеме. Для него справедлив закон Шарля: V = const, p/T = const. Изобарным называют процесс, протекающий при постоянном давлении. Уравнение этого процесса имеет вид V/T = const прир = const и называется законом Гей-Люссака. Все процессы можно изобразить графически (рис. 15). Реальные газы удовлетворяют уравнению состояния идеального газа при не слишком высоких давлениях (пока собственный объем молекул пренебрежительно мал по сравнению с объемом сосуда,