- •Предмет молекулярной физики и термодинамики. Статистическая физика и термодинамика. Основные положения мкТгазов. Термодинамический и статистический методы. Три начала термодинамики.
- •Термодинамическая система. Микро- и макрохарактеристики системы. Макроскопическое состояние. Макроскопические параметры как средние значения. Температура.
- •Тепловое равновесие. Равновесные состояния и процессы. Модель идеального газа. Уравнение состояния идеального газа (уравнения Клапейрона и Клапейрона – Менделеева). Изопроцессы.
- •Основное уравнение мкт идеального газа для давления. Следствия из основного уравнения. Молекулярно – кинетическое толкование абсолютной температуры.
- •Барометрическая формула. Распределение молекул в поле силы тяжести. Распределение Больцмана.
- •Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега газовых молекул и их зависимость от температуры.
- •Внутренняя энергия системы. Теплообмен. Работа и количество теплоты. Первое начало термодинамики. Работа, совершаемая термодинамической системой при изменениях объема.
- •Степени свободы молекул газа. Закон равномерного распределения энергии теплового движения молекул газа по степеням свободы (теорема Больцмана). Внутренняя энергия идеального газа.
- •Теплоемкость. Зависимость теплоемкости идеального газа от степени свободы молекул и от вида процесса теплопередачи (изохорного, изобарного, изотермического, адиабатного). Уравнение Майера.
- •Затруднения и недостатки классической теории теплоемкости идеальных газов. Закон Дюлонга – Пти.
- •Реальные газы. Критическое состояние вещества. Фазовые равновесия и фазовые превращения. Понятие фазы и фазового равновесия.
- •Конденсированное состояние вещества. Жидкости. Твердое состояние вещества. Диффузия в жидкостях и в твердых телах.
- •Агрегатные состояния вещества и их общая характеристика с точки зрения молекулярного строения. Испарение, конденсация, сублимация, плавление, кристаллизация.
- •Вязкость. Вязкая жидкость. Стационарное течение вязкой жидкости. Коэффициент вязкости жидкостей. Нормальная и аномальная вязкости.
- •Области применения
- •Капиллярные явления. Смачивание и несмачивание. Давление под изогнутой поверхностью жидкости. Формула Лапласа для сил дополнительного давления.
- •Давление под изогнутой поверхностью жидкости
Предмет молекулярной физики и термодинамики. Статистическая физика и термодинамика. Основные положения мкТгазов. Термодинамический и статистический методы. Три начала термодинамики.
Молекулярная физика, раздел физики, в котором изучаются физические свойства тел в различных агрегатных состояниях на основе рассмотрения их микроскопического (молекулярного) строения.
Термодинамика, наука о наиболее общих свойствах макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и о процессах перехода между этими состояниями.
Статистическая физика, раздел физики, задача которого — выразить свойства макроскопических тел, т. е. систем, состоящих из очень большого числа одинаковых частиц (молекул, атомов, электронов и т.д.), через свойства этих частиц и взаимодействие между ними.
Молекулярно-кинетической теорией называется учение, которое объясняет строение и свойства тел движением и взаимодействием атомов, молекул и ионов, из которых состоят тела. В основе МКТ строения вещества лежат три положения, каждое из которых доказано с помощью наблюдений и опытов (броуновское движение, диффузия и др.): 1. вещество состоит из частиц; 2. частицы хаотически движутся; 3. частицы взаимодействуют друг с другом. Цель молекулярно-кинетической теории - объяснение свойств макроскопических тел и тепловых процессов, протекающих в них, на основе представлений о том, что все тела состоят из отдельных, беспорядочно движущихся частиц.
Процессы, изучаемые молекулярной физикой, являются результатом совокупного действия огромного числа молекул. Законы поведения огромного числа молекул, являясь статистическими закономерностями, изучаются с помощью статистического метода. Этот метод основан на том, что свойства макроскопической системы в конечном счете определяются свойствами частиц системы, особенностями их движения и усредненными значениями динамических характеристик этих частиц (скорости, энергии и т. д.). Например, температура тела определяется скоростью хаотического движения его молекул, но так как в любой момент времени разные молекулы имеют различные скорости, то она может быть выражена только через среднее значение скорости движения молекул.
Термодинамика не рассматривает микропроцессы, которые лежат в основе этих превращений. Этим термодинамический метод отличается от статистического. Термодинамика базируется на двух началах фундаментальных законах, установленных в результате обобщения опытных данных.
Начала термодинамики — совокупность постулатов, лежащих в основе термодинамики. Эти положения были установлены в результате научных исследований и были доказаны экспериментально. В качестве постулатов они принимаются для того, чтобы термодинамику можно было построить аксиоматически.
Необходимость начал термодинамики связана с тем, что термодинамика описывает макроскопические параметры систем без конкретных предположений относительно их микроскопического устройства. Вопросами внутреннего устройства занимается статистическая физика.
Начала термодинамики независимы, то есть ни одно из них не может быть выведено из других начал.
Первое начало термодинамики
Количество теплоты, полученное системой, идёт на изменение её внутренней энергии и совершение работы против внешних сил
Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе и не зависит от способа, которым осуществляется этот переход.
δQ = δA + dU, где dU есть полный дифференциал внутренней энергии системы, а δQ и δA есть элементарное количество теплоты, переданное системе, и элементарная работа, совершенная системой соответственно.
Второе начало термодинамики
Второй закон термодинамики исключает возможность создания вечного двигателя второго рода.
1 — Постулат Клаузиуса. Невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему
2 — Постулат Кельвина. Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара
Третье начало термодинамики может быть сформулировано так:
Приращение энтропии (как на меру беспорядка в системе) при абсолютном нуле температуры стремится к конечному пределу, не зависящему от того, в каком равновесном состоянии находится система.
Нулевое начало термодинамики (общее начало термодинамики)
— физический принцип, утверждающий, что вне зависимости от начального состояния изолированной системы в конце концов в ней установится термодинамическое равновесие, а также что все части системы при достижении термодинамического равновесия будут иметь одинаковую температуру. Тем самым нулевое начало фактически вводит и определяет понятие температуры. Нулевому началу можно придать чуть более строгую форму:
Если система A находится в термодинамическом равновесии с системой B, а та, в свою очередь, с системой C, то система A находится в равновесии с C. При этом их температуры равны.