3. Энергия гармонических колебаний

В идеальном случае полная энергия гармонических колебаний остается постоянной, если потери энергии отсутствуют, такие колебания называют собственными. При этом вся потенциальная энергия переходит в кинетическую и наоборот. Поэтому в любой момент времени E_пол=K_max=П_max, где K_max и П_max - максимальные значения кинетической и потенциальной энергии.

Т.к. , то из (25.9) находим , , поэтому полная энергия гармонических колебаний:

(25.11)

ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ И ТЕРМОДИНАМИКИ

Лекция 9	Статический и термодинамический методы исследования. Термодинамические параметры.
	Молекулярно-кинетическая теория газов и уравнение Клайперона-Менделеева. Закон Дальтона.

1. Предмет молекулярной физики

Молекулярная физика - раздел физики, изучающий физичес­кие свойства тел в различных агрегатных состояниях на основе рассмотрения их внутреннего строения.

Доказано, что все тела состоят из мельчайших частиц -атомов и молекул, находящихся в непрерывном хаотичном движе­нии. Об этом движении говорят как о тепловом движении.

Теория строения вещества, основанная на этом положении, называется молекулярно-кинетической теорией (МКТ).

Основные положения этой теории заключаются в следующем;

1) все тела состоят из очень большого числа атомов и молекул, находящихся в состоянии хаотического движения;

2) между атомами и молекулами действуют силы взаимного притя­жения и отталкивания;

3) средняя величина кинетической энергии хаотически движущихся атомов и молекул определяет темпе­ратуру тела.

Чем больше эта энергия, тем выше температура тела и нао­борот.

Все эти основные положения теории подтверждаются много­численными опытами (диффузия, броуновское движение и др.).

Наряду с МКТ для изучения свойств тала используется и термодинамический метод, в котором процессы, происходящие в телах, рассматриваются о энергетической точки зрения.

2. Термодинамические параметры.

При определении свойств тела обычно используют величины, которые можно найти из опыта. Эти величины, характеризующие состояние тела, называют параметрами состояния. К ним относят температуру, давление, плотность (или для данной массы - объ­ем). Температура - величина, характеризующая степень нагретости тела. Она является физической величиной, характеризую­щей состояние термодинамического равновесия системы тел. Тем­пература всех частей изолированной системы, находящейся в равновесии, одинакова. Более высокой температурой обладают тела, у которых средняя кинетическая энергия атомов и моле­кул выше. Эту величину и полагают пропорциональной темпера­туре, считая частиц мерой температуры . В действитель­ности принято определять как 2/3 -от этой энергии:

(7.1)

При атом измеряется в джоулях (Дж).

На практике пользуются условной единицей - градусом, который, определяется как 0,01 часть разности между темпера­турами кипения и замерзания воды при атмосферном давлении.

Переводной коэффициент, указывающий сколько Дж в одном градусе, называется постоянной Больцмана и равен Дж/град. Тогда соотношение между (град.) и (Дж) будет:

(7.2)

Определенная так температура всегда постоянная, ее на­зывают абсолютной температурой или температурой по термоди­намической шкале. За единицу абсолютной температуры в СИ принят кельвин (К). В этой шкале температура замерзания воды равна 273,15 К. Наряду с абсолютной шкалой на практике поль­зуются шкалой Цельсия ( ,С), в которой за нулевую точку принята температура замерзания воды. Таким образом, темпера­тура по обеим шкалам связана соотношением , ( C = I К).

Давление, производимое молекулами газа или жидкости на стенки сосуда, обусловлено столкновениями их со стенками со­суда. Сталкиваясь со стенками, они передают им некоторый импульс, его изменение за 1 с определяет силу, действующую на стенку. Сила, отнесенная к единице поверхности, есть давле­ние, производимое на стенку.

Плотность, как известно, - отношение массы к объему, обратная ей величина выражает объем единицы массы или удельный объем.

Из перечисленных величин лишь две могут быть заданы про­извольно , а третья определяется как функция первых двух.

Функциональная зависимость, связывающая друг с другом давле­ние, объем и температуру (для данной массы), называется уравнением состояния тела и является одним из важнейших соотно­шений я. молекулярной физике.