Экзаменационный билет № 14
1. Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Напряженность и потенциал электрического поля. Принцип суперпозиции полей и его применения. Энергия и плотность энергии электрического поля. Теорема Остроградского-Гаусса для электростатического поля в вакууме.
2. Равновесные процессы. Основное уравнение термодинамики для равновесных процессов. Условия термодинамического равновесия и устойчивости. Условия устойчивости равновесия однородной системы. Равновесие в гомогенной системе. Условия химического равновесия
1. Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Напряженность и потенциал электрического поля. Принцип суперпозиции полей и его применения. Энергия и плотность энергии электрического поля. Теорема Остроградского-Гаусса для электростатического поля в вакууме.
Св-ва электр. заряда:
-существование в двух разновидностях(+и-);
-закон сохр.заряда:в изолир. системе полный эл. заряд остается постоянным; Σqi=const.
-квантование заряда (дискретность):1,6*10-19 Кл,;
-инвариантность заряда т.е.полный заряд системы не изменяется при переходе от одной системы к другой, но свойства окруж.пр-ва изменяется.
Точечный заряд-это заряженное тело размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием до других заряженных тел.
Закон Кулона: Сила с которой взаимодействуют два точечных заряда, прямо пропорциональна зарядам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
F=k*(q1q2/r2), k=1/(4*π* ε0, ε0=8,85*10-12 .
Электростатическое поле –поле неподвижных зарядов.
Характеризуется:
- графическое изображение (силовые линии, эквипотенциальные поверхности);
- напряженность эл. поля (Е);
E=F/q.
- потенциал (φ ).
- напряженность- это векторная физическая величина, равная отношению силы, действующей на заряд к величине этого заряда.
Физ.смысл Е – это сила, действ .на единичный «+» заряд.
Принцип суперпозиций полей: поле, созданное системой точечных зарядов, равно векторной сумме полей, созданное каждым из этих зарядов.
E=ΣEi.
Силовые линии - это линии, касательные, в любой точке которого совпадают с вектором напряженности векторного поля.
Потенциал эл. поля в данной точке равен отношению потенциальной энергии заряда в этой точке к величине заряда.
φ= Wp/q. E=-gradφ.
Диэлектрическая проницаемость среды – отношение силы взаимодействия в вакууме(F0) к силе взаимодействия в диэлектрической среде(F).ε=F/ F0.
ε показывает во сколько раз данная среда ослабляет силу взаимодействия между зарядами или эл. поле.
A=1/(4π ε0)*q* q0*(1/ R1-1/ R2)-работа сил эл. поля.
Теорема Остроградского - Гаусса для эл. поля в вакууме : поток вектора напряженности Эл. поля через произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности зарядов деленной на ε0.
∫E*dS=Σ qi./ ε0
2. Равновесные процессы. Основное уравнение термодинамики для равновесных процессов. Условия термодинамического равновесия и устойчивости. Условия устойчивости равновесия однородной системы. Равновесие в гомогенной системе. Условия химического равновесия.
Если некоторые
параметры системы изменяются со временем,
то говорят, что в ней происходит процесс.
По первому постулату ТД всякая система,
выведенная из состояния равновесия, с
течением времени вернется в какое-либо
равновесие. Процесс перехода системы
из неравновесного состояния в равновесное
называется релаксацией,
а время установления равновесного
состояния называется временем релаксации
.
Строго говоря, такое определение времени
релаксации не является однозначным,
так как зависит от способа вывода системы
из состояния равновесия, поэтому чаще
под временем
релаксации
понимают время, за которое отклонение
параметра уменьшается в e=2.71 раза. Это
обусловлено тем, что по мере приближения
к равновесному значению, зависимость
отклонения параметра от равновесного
носит экспоненциальный характер.
С понятием времени
релаксации тесно связано определение
равновесных процессов. Процесс называется
квазистатическим
или равновесным,
если все параметры системы изменяются
бесконечно медленно, так что система
всё время фактически находится в
равновесных состояниях. Это возможно
в случае, когда
Обратимым называется процесс, если возвращение системы в исходное состояние можно осуществить без каких-либо изменений в окружающих телах. Всякий квазистатический процесс обратим. Примерами необратимых процессов являются: процесс теплопередачи при конечной разности температур, расширение газа в пустоту, процесс диффузии.
Основное уравнение термодинамики
Согласно
второму началу термодинамики, элементарное
количество теплоты
связано
с изменением энтропии системы
следующим
неравенством (см. формулу (3.59)):
.(4.1) Совместно
с первым началом термодинамики
,
(4.2) выражение (4.1)
дает основное
неравенство термодинамики
в
виде:
.
(4.3) В этом выражении
знак равенства соответствует равновесным
термодинамическим процессам, а знак
неравенства - неравновесным. Для
анализа равновесных процессов выражение
(4.3)
может быть записано в виде уравнения
,
(4.4) которое носит название основного
уравнения термодинамики равновесных
(обратимых) процессов.
Уравнение (4.4)
позволяет проводить расчет любых
равновесных термодинамических процессов.
Рассмотрим
применение этого уравнения для определения
соотношения между уравнением состояния
и
выражением для внутренней энергии
термодинамической
системы. Преобразуем выражение (4.4)
к следующему виду:
.
(4.5) Здесь
учтено, что внутренняя энергия
является
функцией состояния, и поэтому она имеет
полный дифференциал:
.
(4.6) С
другой стороны, так как энтропия
тоже
является функцией состояния, для ее
полного дифференциала можно записать
выражение:
.
(4.7) Сопоставление
формул (4.5)
и (4.7)
дает
,
(4.8)
.
(4.9) Далее,
учитывая то, что
(4.10) и
дифференцируя по
выражение
(4.8)
и по
выражение
(4.9),
имеем:
.
(4.11) Использование
равенства
(4.12) позволяет
получить окончательное выражение для
дифференциального уравнения, связывающего
уравнение состояния
и
внутреннюю энергию
термодинамической
системы
.
(4.13)