3 Постулат об уравнениях состояний.

Всякий внутр параметр есть ф-ия внеш параметров и температуры(ф-ия однозначная) f=f(₁,₂,…,T) (ур-ие Менделеева-Клайперона). Уравнен. сост. наз-ся-зав-ть внутрен-го парам-ра от внеш. и темпер.

Существование и однознач. уравн. сост. явл-ся третьим положен. тд. Для задания сос-я нужно знатьвсе внешние параметры и Т. Число незав.перем-х с помощью кот-х м зад-ть сос-е=Число степеней свободы = числу внутр параметров + 1.Одним из важн внутр параметров яв-ся внутр энергия..  Внутреняя энергия U термодинамической системы тела – фундаментальное понятие термодинамики. В общефизическом смысле величина U есть сумма всех видов энергии, которыми обладает изолированная система, за исключением кинетической и потенциальной энергии системы как целого. То есть сюда входят энергия хаотического движения молекул, энергия взаимодействия молекул, лучистая, ядерная и др.

Но в термодинамике в понятие внутренней энергии включают лишь ту ее часть, которая изменяется в тепловых процессах. То есть в величину U термодинамической системы входят лишь кинетическая энергия хаотического движения молекул и потенциальная энергия их взаимодействия.

Внутренняя энергия U – функция состояния системы. Она определяется значениями термодинамических параметров p, V, T. Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из состояния 1 в состояние 2 есть разность между энергиями в этих состояниях, U = U₂  U₁. Величина U не зависит от того, каким путем термодинамическая система перешла из одного состояния в другое.

5.  Величины Q и А – функции процесса, в отличие от внутренней энергии U. Сколько тело получит или отдаст теплоты Q и какую оно совершит работу A, зависит от того, каким путем перейдет оно из одного состояния в другое.

При взаимодействии тел обмен энергией между ними может идти двумя путями. Во-первых, путем совершения механической работы А одного тела над другим. Во-вторых, путем передачи от одного тела другому теплоты Q.

Договорились считать, что Q > 0, если система получает теплоту, и Q < 0, когда отдает. Кроме того A > 0, если работу совершает система над внешними телами, и A < 0, если работу совершают внешние тела над системой.

Если энергия изменяется то она измен-ся за счет теплообмена или работы. А способ передачи энергии, связан с изменен внеш параметров. Теплообмен передача энергии без измен внеш параметров. Полное измен энергии dU=Q+A на базе этой формулы формулируется 1-е начало ТД – это есть закон сохр энергии. Чтобы энергия сохран, она д-на быть однознач функцией сост сист. Основная формулировка 1-го начала ТД: энергия не исчезает и не возникает вновь, она лишь переходит из одной формы в другую и от одного тела к другому.

U= =U₂-U₁ Интеграл зав от процесса,а не зав от пути интегр. Q= ; А= . Тепло «+» если тело его получ, А «+» если тело отдает энергию-это хар-ки проц-са,а не с-мы. 1-е НТД - универсальный закон природы, применимый к любым телам и процессам. Он имеет  множество приложений. Применение его к замкнутой системе, кот. не получает и не отдает тепло, Q,=0, dU=-U=А. Адиабатически замкнутая система может совершать работу только за счет своей энергии. Тепловой двигатель есть устройство, кот. получает энергию путем теплообмена и за счет полученной энергии совершает работу. Тепловая энергия сама получает за счет энергии других тел, в тепловом двигателе за счет внутренней энергии др. Тел превращается в механическую. Среди тепловых двигателей важны циклические, в которых система возвращается в первоначальное состояние. А=0, U=Q (в ид. случае).

1-е начало имеет разные формулировки: 1) закон сохранения; 2) энергия однозначн ф-ия сост; 3) dU=Q; 4) невозможность вечного двигателя 1 рода, т е периодич действ машины, которая может производ работу не получая тепла из вне.измен энергии, тепло и работу м-но сосчитать если известно ур-ие сост. Ур-ие сост ввод-ся для равонвесн сист поэтому все расчеты в ТД делаются для равновесн процессов.

Равновесн процесс – это идеализ-ия идеал объектов, сист кажд миг находится в равновесии. РП в природе нет, м.б. близкие к ним – их еще наз-ют квазистационарными.

dQ = dU + dA.   Первый закон термодинамики. Переданное телу количество теплоты dQ идет на увеличение его внутренней энергии dU и на совершение телом работы dA

Возможны 3 частных случая. а).  Объем тела не меняется. Тогда тело не совершает работы над внешними телами, dA=0. Закон сохранения принимает вид: dQ=dU. Все подводимое тепло идет на увеличение внутренней энергии тела.б).  Тело в адиабатной оболочке (теплоизолировано), dQ=0. В этом случае 0=dU + dA,  dA=– dU. Изолированная термодинамическая система может совершать работу только за счет убыли своей внутренней энергии. в).  Тело в изотермическом процессе, его температура постоянна. Но это значит, что постоянна и его внутренняя энергия, dU=0. Тогда dQ=dA. Вся подводимая к системе теплота идет на совершение работы. Методологическая роль 1-го закона термодинамики состоит в том, что он является критерием научности исследования. Не нужно тратить умственную энергию на изобретение машин, принцип действия которых противоречит законам природы. Наоборот, выполнимость этого закона является надежным признаком правильности физической модели.

Изопроцессы (от греч. isos – равный, одинаковый) – это процессы, протекающие при постоянстве какого-либо параметра. В уравнение состояния входят три параметра p, V и T. Поэтому можно выделить 3 изопроцесса. Изотермический T = const. Процесс совершается при постоянной температуре. Уравнение состояния упрощается и переходит в закон Бойля-Мариотта, pV = RT = const.

Кривые, иллюстрирующие изотермический процесс, называют изотермами. В системе координат p, V изотермы представляют собой гиперболы вида p = const/V. Чем выше температура газа T, тем выше на графике соответствующая ей изотерма. Способность газа изменять свой объем V с изменением давления p при постоянной температуре T характеризуется изотермическим коэффициентом сжимаемости . Все коэффициенты относятся к единичному объему, поэтому . Знак ”T ” в формуле, используемый как индекс, означает постоянство этого параметра при вычислении производной. Для идеального газа V = const p. Отсюда . Сжимаемость идеального газа обратно пропорциональна давлению, под которым он находится. Знак “минус” показывает, что увеличение давления приводит к уменьшению объема и наоборот.

Внутренняя энергия ид.газа не меняется, все переданное газу количество теплоты идет на совершение работы

Изобарический, p = const. Процесс совершается при постоянном давлении. Уравнение состояния переходит в закон Гей-Люссака, V T = R/p = const, или V = constT. Графики изобарических процессов называют изобарами. В системе координат V и T изобары – прямые линии, проходящие через начало координат. Чем выше давление, тем ниже соответствующая прямая Способность газа изменять свой объем с изменением температуры при постоянном давлении характеризуется коэффициентом теплового расширения .

Для идеального газа V = constT. Отсюда Обычно коэффициент теплового расширения выражается в точке плавления льда, где T = 273,15 K. Тогда  = 1/273,15 K = 3,6610^3 K^1 для всех идеальных газов.

Переданное газу количество теплоты идет на изменение его анутренней энергии и на совершен им работы при постоянном давлении.

Изохорический (от греч. isos и chora – занимаемое место), V = const. Процесс совершается при постоянном объеме. Уравнение состояния переходит в закон Шарля, p/T = R/V = const, или p = constT.

Графики изохорических процессов называют изохорами. В системе координат p, V изохоры – прямые линии, проходящие через начало координат. Чем больше объем, занимаемый газом, тем ниже соответствующая изохора (рис.3).

Способность газа изменять свое давление с изменением температуры при постоянном объеме характеризуется термическим коэффициентом давления .

В идеальных газах

Объем газа не меняется, и поэтому работа газа =0, тогда

12. Основы МКТ газов. Идеальный газ (ИГ) подч-ся ур-ию Менд-Клап-на. Имеется сосуд, в кот-ом помещ-ся N частиц одноатом-го ИГ. Газ изолирован, нах-ся в равновесии, след-но к нему м/о применять канонич-ое распр-ие во всех видах. Частицы газа рассм-ся как матер-ые точки с массой m. Счит-ся, что частицы не взаим-ют д/д, поэтому энергия газа склад-ся из энергий отдельных частиц. . Движение частиц опис-ся законами клас-ой механики. Одна част-ца имеет 3 степени свободы, т.к. для описания ее движения надо применять 3 коорд-ты (j=3N). Для описания этого газа надо задать обобщ-ые коорд-ты и обобщ-ые имп-сы. Число перем-ых будет равно 6N. (q_i, p_i, i=1,2,..,3N). Обобщ-ые коорд-ты x,y,z и проекция обычного имп-са р_x, p_y, p_z, i=1,2,..,N. Энергия частиц свод-ся к кинет-ой энергии: В рамках МКТ при изучении движения частиц, ИГ опир-ся на 2 допущения: 1) ИГ нах-ся в рвновесиивсе направления равноправны, 2) три проекции скорости явл-ся независ-ми, случ-мы величинами. Вер-ть того, что частицы имеют определ скорость V.

Испол-я распр-е Максв. м/о прийти к осн-му ур-ию МКТ. pV=2/3E. Этому ур-ию подчин-ся как газы так и жидкости. Газ подч-ся ур-ию Менд-Клап. pV=RT. R=kN_A=610²³моль^-11,3810^-23Дж/К=8,31 Дж/(мольК). Значит Е=3/2RT=3/2NkT. Энергия газа в целом =числу частиц, умнож-му на среднюю энергию одной, . В школьных учебниках дел-ся неправ-ый вывод, что темпер-ра- есть средняя энергия частиц. Но на самом деле такое закл-ие справедливо только для одного атома ИГ. С точки зрения стат-ой теории темпер-ра есть или (- число микрос-ий). Физич-ий смысл темп-ры- вел-на опред-ет возм-сть и н апр-ие теплообмена. Формулы опис-ют движение частиц. Для некот-ой с-мы, для классич-го одноат-го ИГ темпер-ра входит в закон распр-ия частиц по скор-ям и поэтому опр-ет сколько быстр. частиц, сколько медл-ых, а также среднюю скорость и ср. энергию частиц, т.е. опр-ет интенсивность и хар-тер внутр-го движения. Все макровеличины есть некие средние по внутреннему движению в с-ме. Это отн-ся и к Т и к Р. Р - это стедний имп-с, перед-ый стенке при ударе молекул за единицу времени, на ед-цу площади. Реальные газы (РГ) отл-ся от ИГ тем, что м/у частицами есть силовое взаим-ие на расстоянии. В РГ прих-ся учит-ть эти взаим-ия, а также их конечные (не нулевые) размеры. Частицы газа м/о рассм-ть как твердые шарики с массой m, радиусом r₀, с объемом V₀=4/3r₀³. Частицы заперты в пределах объема V. Внешние силовые поля отсутствуют. Движение опис-ся клас-ой мех-ой. Частицы взаим-ют д/д, взаим-ие м/о описать ф-ой . - сила, кот-ая дейст-ет на к-ю частицу. Взаим-ие частиц м/о свести к попарному взаим-ию. U- пот-ая энергия взаим-ия двух частиц. Во многих случаях U зависит только от расст-ия м/у частицами. S- расстояние м/у двумя частицами. При S<S₀- отталкивание, S>S₀- притяжение. Ф-ия W(S) для всех пар одна и та же. Если энергия молекул>>глубины пот-ой ямы- газ ведет себя как ИГ. Газ холод-ый и плотный не будет подчин-ся уравнению Мен-Клап. РГ подчин-ся Ур-ию Ван-дер-Ваальса. , а для одного моля в-ва . Здесь b- поправка на собст-ый объем мол-л где N- число всех м-кул. Поправка а учитывает взаим-ие притяжения (зависит от газа). Притяжение м/у мол-ми приводит к тому, что поверх-ый слой стяг-ся внутрь, создает добавочное давление. Уравнение В-Д-В хорошо работает для достаточно нагретого и не очень плотного газа. Но для хол-го и плотного его точность плохая. тем не менее на кач-ом уровне оно работает и в этой обл-ти и даже до некот-ой степени опис-т пер-од Ж-Г и обратно. Наглядно РГ и ИГ м/о показать на изотерме этих газов.

Ш триховая кривая разделяет три фазы. При Т>T_кр изотерма мало отл-ся от гиперболы. По мене понижения темпер-ры изотерма пара стан-ся все более похожей на куб-ую параболу. Если изотермически сжимать ненесыщ-ый пар при Т<Т_кр, то конц-ия молекул возрастет и соотв-но, давление будет возрастать вплоть до давления насыщ-го пара. При дальн-ем уменьшении объема на дне сосуда образ-ся жидкость и устан-ся динам-ое равновесие м/у нас-ым паром и жидкостью. Давление нас-го пара ост-ся неизменным, а с уменьшением объема все большая часть пара перех-т в жидкость. Гориз-ый участок на изотерме обусловлен процессом превр-ия части пара в жидкость. Ур-ие М-Кл с дост-ой степенью точности выполн-ся, но надо помнить, что масса пара не ост-ся при сжатии пост-ой. Процесс умен-ия объема при дальн-ем сжатии прекр-ся, когда весь газ в сосуде превр-ся в жидкость. Резкое возр-ие давления при дальнейшем уменьшении объема объясн-ся малой сжим-стью жидкости.

34. Геометрическая оптика. Раздел физики, в к-м изучаются законы распространения света на основе представлений о световых лучах, называется ГО. Физически луч – это направление распространения энергии ЭМ волны в пространстве. Однако в том случае, когда размеры неоднородностей в оптических средах много больше длины волны света , а протяженность световых лучей такова, что дифракционные явления практически отсутствуют, понятие светового луча абстрагируется к прямой линии.

Таким образом, геометрическая оптика есть предельный случай реальной волновой оптики, соответствующий исчезающе малой длине световой волны по сравнению с размерами препятствий, отверстий, предметов и их изображений

1. Задача геометрической оптики состоит в математическом исследовании хода световых лучей в оптических средах с заданным коэффициентом преломления n. Законы геометрической оптики позволяют создать упрощенную, но практичную и достаточно точную теорию оптических систем (фотоаппарат, телескоп, очки, микроскоп ...). Они объясняют образование оптических изображений, дают возможность вычислить аберрацию оптических систем и разработать методы их сравнения. Основу геометрической оптики образуют 4 закона: Законы ГО. Они включают в себя 4 закона. Три первые из них были известны еще Евклиду (3 век до н.э.), а четвертый (закон преломления) был открыт в начале 17 века. а )Луч света в однородной среде есть прямая линия. б)Пересекающиеся лучи не возмущают друг друга. в)Угол отражения равен углу падения, а отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, восстановленным в точку падения (закон отражения, рис.11), γ = α.

г .  Отношение синуса угла падения луча на границе двух прозрачных сред к синусу угла преломления обратно пропорционально отношению абсолютных показателей преломления этих сред. Преломленный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, восстановленным в точку падения (закон преломления, Виллеброрд Снель, 1620, Рене Декарт, 1637, . Закон преломления. Все эти законы можно вывести из одного принципа, который установил мат-к Ферма в 18 в.: свет распространяется по такому пути, для прохождения которого ему требуется минимум времени. Для характеристики пути света используется понятие: L=nS, где L - оптическая длина пути, n - показатель преломления, S - геометрическая длина пути. С учетом этого, принцип Ферма звучит так: свет распространяется по такому пути, оптическая длина которого минимальна. Следствие, вытекающее из законов геометрической оптики: обратимость световых лучей. Совокупность световых лучей образует пучок, в геометрической оптике обычно рассматривают 3 вида пучков: сходящийся, расходящийся и параллельный. Всякая оптическая система осуществляет преобразование световых пучков. а) если при таком преобразовании любая точка предмета преобразуется в точку, то изображение называется точечным (стигматическим); б) если световые лучи в некоторой точке действительно пересекаются, изображение называется действительным; в) если пересекаются не лучи, а их продолжения, проведенные в направлении, обратном направлению распространения света, то изображение называется мнимым. Оптическая система, образованная сферическими и плоскими поверхностями называется центрированной, если центр всех этих поверхностей лежит на прямой - оси симметрии. Зеркало - опт. система. 1. Сферическое вогнутое (R<0), F-фокус, С – центр зеркала.

основные лучи: 1) проходит через геометрический центр (R), т.е. падает нормально к поверхности и отражается обратно по той же прямой; 2) падает параллельно геометрической оси, отражаясь, проходит через фокус; 3) падая, идет через фокус, отразившись, идет II-но оптической оси.

При построении изображения могут возникнуть ситуации: 1) a> 2f,

Изображение A₂B₂ получается действительным (каждая точка оптического изображения образуется пересечением лучей),

₁ 2 ) 2f<a<f. изображение A₂B₂ получается действительным, перевернутым, увеличенным. По сравнению с первым случаем предмет и изображение меняются местами.

3) a< f (здесь имеются в виду модули величин a и f)

Все три луча, вышедшие из точки B₁, после отражения от зеркала расхо-дятся и не могут нигде пересечься. Поэтому действительного изображе-ния точки они дать не могут.

2. Сферическое выпуклое зеркало (R>0) фокус мнимый.

3. Плоское зеркало (R=>бесконечность).

Линза - прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Точки пересечения с опт. осью - вершины преломл-ей поверхности, расстояние между этими вершинами - толщина d. Линзы бывают: 1. Собирающие (при падении на них II-го пучка, он собирается в точку. 2. Рассеивающие (при падении параллельного пучка он рассеивается). 3. Безразличные. По форме: двояковыпуклые (-вогнутые), выпукло-вогнутые, плосковогнутые (-выгнутые), плоские. Если толщина линзы мала по сравнению с размерами кривизны ее поверхностей, ее называют тонкой. Вершины преломляющих поверхностей у тонкой линзы сливаются - оптический центр. Все лучи, проходящие через оптический центр, не преломляются и называются оптическими осями; через оптический центр проходит главная ось, остальные - побочные. Формула тонкой линзы: (1/а)+(1/b)=1/F, где f - фокусное расстояние, а - расстояние от предмета до линзы, b - расстояние от изображения до линзы. Основные лучи при построении изображений: 1- через оптич-кий центр без преломления, 2- II-но главной опт-ой оси , преломленный через задний фокус, 3- через фокус, после преломления II-но главной опт-ой оси. Собирающая линза:

1)a>2F (изобр. уменьшенное, перевернутое, действ.)

2)2F>a>F (увеличенное, перевернутое, действительное).

3) a<F (увеличенное, прямое, мнимое)

В рассеивающих линзах изображение всегда мнимое, прямое, уменьшенное, между предметом и линзой.

D=1/F - оптическая сила линзы.

Микроскоп - прибор для получения больших увеличений: состоит из двух оптических систем - объектива и окуляра (собирающие линзы), разделенных значительным расстоянием, фокусное расстояние всей системы:

F=(F₁F₂)/d, где F₁ - фокусное расстояние объектива, F₂ - окуляра, d - расстояние между фокусами объектива и окуляра. Увеличение, даваемое микроскопом: Г=D/F может быть очень значительно, предел увеличению кладут диффракционные явления.

Телескоп вооружает глаз для рассмотрения деталей удаленного предмета, состоит из объектива и окуляра. Изображение получается действительное, уменьшенное, перевернутое. Изображение удаленного предмета, даваемое объективом, рассматривается в окуляр как в лупу; в зависимости от расстояния предмета до объектива, изображение получается нв задней стенке фокальной плоскости объектива или несколько дальше. В соответствии с этим производят фокусировку (передвигают окуляр). Ход лучей в телескопической системе: Увеличение в такой системе:

Г=f₁/f₂=D₁/D₂ Наибольшие требования предъявляют к зрительным трубам, предназначенным для астрономических наблюдений

Вопросы

1.Описание движения в классической механике..

2. Принцип относительности в классической механике.

3. Классическая динамика МТ. Взаимодействие тел.

4. Закон сохранения полной механической энергии.

5. Закон сохр импульса. Импульс.

6.Закон сохранения момента импульса.

7.Закон всемирного тяготения.

8.Движение частиц в центральном поле.

9. Механические колебания.

10. Движ-е в неинерциальных СО. НИСО.

11. Исходные положения и первый закон термодинамики.

12. Основы МКТ газов.

13 Теплоемкость газов и тв тел.

14 Распределение Максвела–Больцмана.

15 Второе начало термодинамики

16 Фазовые переходы

Агрегатные состояния

17. Основные законы электростатики.

18. Электростатическое поле в вакууме,

19. Диэлектрики и проводники в электростатическом поле.

20.Постоянный электрический ток.

21. Электрический ток в металлах.

22. Элементы зонной теории твердого тела.

23. Электрический ток в полупроводниках.

24. Магнитное поле постоянного тока.

25. Вещество в магнитном поле

26.Электромагнитная индукция (ЭИ)

27. Уравнения Максвелла.

28.Перем. эл. ток

29. Эл. колебания в колеб. контуре.

30. Интерференция световых волн

31 Дифракция света

32. Поляризация световых волн.

33.Распространение света в среде

34. Геометрическая оптика

35.Специальная теория относительности(СТО)

36. Тепловое излучение нагретых тел.

37. КВАНТОВЫЕ СВОЙСТВА СВЕТА

38. РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ

39.МОДЕЛЬ АТОМА БОРА.

40. КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВАЯ ПРИРОДА СВЕТА И ЧАСТИЦ

41.Квантовая теория атома водорода и многоэлектронных атомов.

42.Испускание и поглощ-е света веществом.

43. Атомное ядро. Открытие атомного ядра.

44. Ядерные реакции(ЯР)

45. Элементарные частицы

46. Детекторы элементарных частиц.

47.Ускорители элементарных

48. Физика амосферы земли