- •Предмет физики. Предмет механики. Физические модели. Материальная точка. Абсолютно твердое тело. Системы отсчета.
- •Координатное и векторное описание положения частицы. Связь между ними
- •Скорость и ускорение материальной точки.
- •Равнопеременное движение.
- •Нормальное, тангенциальное и полное ускорения. Радиус кривизны траектории.
- •Поступательное и вращательное движение. Кинематика поступательного движения. Связь угловых и линейных характеристик движения.
- •Плоское движение
- •Механический принцип относительности. Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона.
- •Преобразования Галилея. Закон сложения скоростей Галилея.
- •Второй закон Ньютона. Сила. Импульс.
- •11.Принцип суперпозиции сил. Третий закон Ньютона.
- •12. Силы инерции. Принцип эквивалентности.
- •Измерения. Системы единиц. Внесистемные единицы. Размерности физических величин.
- •Работа и энергия. Мощность.
- •Консервативные силы. Потенциальные поля.
- •Потенциальная энергия. Связь силы и потенциальной энергии.
- •Силы в механике. Упругая сила.
- •Сила гравитационного притяжения. Однородная сила тяжести.
- •Сухое трение. Вязкое трение.
- •Закон сохранения механической энергии. Границы одномерного движения.
- •Закон сохранения импульса и его связь с однородностью пространства.
- •Абсолютно неупругий удар.
- •Абсолютно упругий удар.
- •Момент импульса и закон его сохранения.
- •Связь закона сохранения момента импульса с изотропностью пространства.
- •Кинетическая энергия вращающегося тела. Расчет момента инерции полого цилиндра.
- •Теорема Штейнера.
- •Динамика вращательного движения системы материальных точек относительно неподвижной оси.
- •Кинетическая энергия плоского движение твердого тела.
- •Равнодействующая сила. Центр тяжести.
- •Лоренцево замедление времени.
- •Лоренцево сокращение длин.
- •Преобразования Лоренца
- •Интервал и его инвариантность.
- •Релятивистский импульс. Основное уравнение релятивисткой динамики.
- •Кинетическая энергия релятивистской частицы. Взаимосвязь массы и энергии. Энергия покоя.
- •2 Тема.
- •1. Потенциальная энергия взаимодействия молекул. Модель идеального газа.
- •2. Жидкость. Кристаллическая решетка.
- •3. Молярная масса и число Авогадро.
- •4. Статистические ансамбли. Средние значения и среднеквадратичные отклонения.
- •6. Идеальный газ. Давление идеального газа.
- •8. Изопроцессы в идеальном газе.
- •9. Закон равнораспределения энергии по степеням свободы молекул в газе.
- •10. Внутренняя энергия. Внутренняя энергия идеального газа.
- •11. Механическая работа в тепловых процессах.
- •12. Первое начало термодинамики
- •1 3. Круговые процессы и тепловые двигатели. К.П.Д. Теплового двигателя.
- •14. Теплоемкость. Теплоемкость при постоянном давлении и теплоемкость при постоянном объеме. Уравнение Майера.
- •15. Работа в адиабатном процессе
- •16. Уравнение Пуассона.
- •17. Энтропия и ее статистический смысл.
- •18. Энтропия идеального газа.
- •19. Изменение энтропии в квазиравновесных процессах.
- •20. К.П.Д. Идеального цикла Карно.
- •21. Второе начало термодинамики (закон возрастания энтропии). Теорема Нернста.
- •22.Распределение Больцмана частиц в потенциальном поле.
- •23. Барометрическая формула.
- •24. Распределение Максвелла по скоростям.
- •25. Распределение Максвелла по модулю скорости.
- •26.Опыт Штерна.
- •27. Явления переноса. Опытные законы диффузии, теплопроводности и внутреннего трения.
- •28. Средняя длина свободного пробега молекулы в газе
- •29.Коэффициент диффузии в газе.
- •30. Коэффициент теплопроводности газов
- •31.Напряженность магнитного поля. Диамагнетики и парамагнетики.
- •32.Условия на границе раздела магнетиков.
- •33.Ферромагнетики.
- •34.Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.
- •35. Взаимная индукция. Самоиндукция.
- •36. Ток замыкания цепи
- •37.Ток размыкания цепи.
- •38.Физический смысл интегральной формы уравнений Максвелла.
- •39.Ток смещения.
- •40. Скорость электромагнитной волны.
- •41.Капиллярные явления.
- •42. Влияние поверхностных эффектов на конденсацию пара и испарение жидкости.
- •43. Ламинарное и турбулентное течение. Линии и трубки тока. Уравнение непрерывности.
- •44. Уравнение Бернулли.
- •46. Число Рейнольдса. Метод подобия.
- •47Деформация твердых тел. Закон Гука. Модуль Юнга.
- •1. Закон Кулона. Электрическое поле. Принцип суперпозиции.
- •3. Теорема Остроградского-Гаусса для напряженности электростатического поля.
- •4. Теорема Ирншоу.
- •5. Полярные и неполярные диэлектрики. Электрический диполь. Дипольный момент.
- •6. Вектор поляризации. Его связь с поверхностной плотностью связанных зарядов.
- •7. Поле бесконечной равномерно заряженной плоскости. Напряженность поля в диэлектрике. Относительная диэлектрическая проницаемость.
- •8. Электрическая индукция. Теорема Остроградского-Гаусса для электрической индукции. Поведение нормальной составляющей поля на границе раздела диэлектриков.
- •9. Поле бесконечной равномерно заряженной нити.
- •10. Поле равномерно заряженного шара.
- •11. Потенциал электростатического поля. Его связь с напряженностью. Поведение тангенциальных составляющих поля на границе раздела диэлектриков
- •12. Потенциал поля точечного заряда и поля электрического диполя.
- •Проводник в электрическом поле. Связь между поверхностной плотностью заряда и полем вблизи поверхности.
- •Электроемкость проводника. Электроемкость конденсатора.
- •Потенциальная энергия системы зарядов. Энергия конденсатора. Плотность энергии электрического поля.
- •16. Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц под действием сил электрического поля или сторонних сил.
- •17. Законы Ома.
- •18. Закон Ома для замкнутой цепи. Правила Кирхгофа.
- •19. Мощность электрического тока это работа, совершаемая током за единицу времени.
- •20. Квазистационарные токи. Заряд и разряд конденсатора.
- •Сила Лоренца. Магнитное поле. Относительный характер электрических и магнитных компонент электромагнитного поля.
- •22.Принцип супер¬позиции магнитных полей.
- •23.Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитное поле кругового витка на его оси.
- •24.Магнитное поле бесконечного прямолинейного проводника с током
- •25.Теорема Остроградского-Гаусса для магнитного поля. Соленоидальный характер магнитного поля. Закон полного тока.
- •26.Поле соленоида.
- •27. Закон Ампера. Сила Ампера.
- •28.Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле
- •29.Замкнутый контур в магнитном поле.
- •30 Энергия магнитного поля соленоида. Плотность энергии магнитного поля
- •31.Напряженность магнитного поля. Диамагнетики и парамагнетики.
- •32 Условия на границе раздела магнетиков.
- •33 Феромагнетики
- •34 Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.
- •35.Взаимная индукция. Самоиндукция.
- •Ток замыкания цепи.
- •Ток размыкания цепи.
- •Физический смысл интегральной формы уравнений Максвелла.
- •Ток смещения.
- •Скорость электромагнитной волны.
- •Поток вектора через бесконечно малую поверхность.
- •Циркуляция вектора по бесконечно малому контуру.
- •Уравнения Максвелла в дифференциальной форме.
19. Изменение энтропии в квазиравновесных процессах.
Энтропия – отношение полученной или отданной системой теплоты в обратимом процессе к температуре, при которой происходит эта передача.
Энтропия – величина аддитивная, т.е. она равна сумме энтропий всех тел, входящих в систему:
Обратимый цикл Карно
В тепловой машине, работающей по принципу Карно, имеются три тела: холодильник, нагреватель, рабочее тело (газ).
Изменение энтропии газа в тепловой машине так как газ возвращается в исходное состояние.
Изменение энтропии нагревателя:
Для холодильника: ; ; ; или
т.е. S – константа. Таким образом, мы пришли к выражению называемому равенство Клаузиуса.
Необратимый цикл Карно
Мы знаем, что т.е. . Отсюда тогда .
Таким образом, или
Это выражение называют неравенством Клаузиуса: при любом необратимом процессе в замкнутой системе энтропия возрастает (dS > 0).
20. К.П.Д. Идеального цикла Карно.
Ц икл Карно состоит из четырёх стадий:
1. Изотермическое расширение (на рисунке — процесс A>Б). В начале процесса рабочее тело имеет температуру TH, то есть температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты QH. При этом объём рабочего тела увеличивается.
2. Адиабатическое (изоэнтропическое) расширение (на рисунке — процесс Б>В). Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура уменьшается до температуры холодильника.
3. Изотермическое сжатие (на рисунке — процесс В>Г). Рабочее тело, имеющее к тому времени температуру TX, приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься, отдавая холодильнику количество теплоты QX.
4. Адиабатическое (изоэнтропическое) сжатие (на рисунке — процесс Г>А). Рабочее тело отсоединяется от холодильника . При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя.
Цикл Карно
К ПД цикла Карно:
Отсюда видно, что КПД цикла Карно с идеальным газом зависит только от температуры награвателя (Tн) и холодильника (Тх).
Из уравнения следуют выводы:
1. Для повышения КПД тепловой машины нужно увеличить температуру нагревателя и уменьшить температуру холодильника;
2. КПД тепловой машины всегда меньше 1.
Цикл Карно обратим, так как все его составные части являются равновесными процессами.
21. Второе начало термодинамики (закон возрастания энтропии). Теорема Нернста.
Первое начало термодинамики, выражая закон cохранения и превращения энергии, не позволяет уcтановить направление протекания термодинамических процеccов. Кроме того, существует множество процессов, не противоречащих первому началу, в которых энергия сохраняется, а в природе они не осуществляются. Появление второго начала термодинамики прежде всего связано с необходимостью дать ответ на вопрос, какие процессы в природе возможны, а какие нет. Второе начало термодинамики задает направление протекания термодинамических процессов. Используя понятие энтропии и связанное с ним неравенство Клаузиуса, второе начало термодинамики можно сформулировать как закон возрастания энтропии замкнутой системы при необратимых процессах: любой необратимый процесс в замкнутой системе происходит так, что энтропия системы при этом возрастает. Можно дать более короткую формулировку второго начала термодинамики: в процессах, происходящих в замкнутой системе, энтропия не убывает. Существенен момент, что речь идет о замкнутых системах, так как в незамкнутых системах энтропия может вести себя произвольным образом (возрастать, убывать, оставаться постоянной). Кроме того, повторим еще раз, что энтропия остается постоянной в замкнутой системе только при обратимых процессах. При необратимых процессах и в замкнутой системе энтропия всегда возрастает. Формула Больцмана S=k•lnW дает объяснение постулируемое вторым началом термодинамики возрастанию энтропии в замкнутой системе при необратимых процессах: возрастание энтропии означает переход системы из менее вероятных в более вероятные состояния. Значит, формула Больцмана дает статистическое толкование второго начала термодинамики. Являясь статистическим законом, оно описывает закономерности хаотического движения огромного числа частиц, которые составляющих замкнутую систему. Дадим еще две формулировки второго начала термодинамики: 1) по Кельвину: невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты, полученной от нагревателя, в эквивалентную ей работу; 2) по Клаузиусу: невозможен круговой процесс, единственным результатом которо¬го является передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому. Можно довольно просто доказать эквивалентность формулировок Кельвина и Клаузиуса. Более того, показано, что если в замкнутой системе провести воображаемый процесс, который противоречит второму началу термодинамики в формулировке Клаузиуса, то он сопровождается уменьшением энтропии. Это же доказывает эквивалентность формулировки Клаузиуса (а значит, и Кельвина) и статистической формулировки, по которой энтропия замкнутой системы не может убывать. В середине XIX в. возникла проблема так называемой тепловой смерти Вселенной. Рассматривая Вселенную как замкнутую систему и применяя к ней второе качало термодинамики, Клаузиус пришел к утверждению, что энтропия Вселенной когда-нибудь достигнет своего максимума. Это означает, что все формы движения со временем должны перейти в тепловую. При этом переход теплоты от горячих тел к холодным приведет к тому, что температура всех тел во Вселенной станет одинаковой, т. е. наступит полное тепловое равновесие и все процессы во Вселенной остановятся — наступит тепловая смерть Вселенной. Неправильность вывода о тепловой смерти заключается в том, что не имеет смысла применять второе начало термодинамики к незамкнутым системам, например к такой бесконечно развивающейся и безграничной системе, как Вселенная. Первые два начала термодинамики дают мало сведений о поведении термодинамических систем при нуле Кельвина. Они дополняются третьим началом термодинамики, или теоремой Нернста—Планка: энтропия всех тел в состоянии равновесия стремится к нулю по мере приближения температуры к нулю Кельвина: Так как энтропия задается с точностью до аддитивной постоянной, то эту постоянную для простоты возьмем равной нулю. При этом отметим, что это произвольное допущение, т.к. энтропия по своей сущности всегда задается с точностью до аддитивной постоянной. Из теоремы Нернста — Планка следует, что теплоемкости Ср и СV при 0 К равны нулю.