Экзаменационный билет № 15

1. Электрическое поле в диэлектрической среде. Поляризация диэлектриков. Теорема Остроградского-Гаусса для электрического поля в среде. Условия для электростатического поля на границе раздела двух изотропных диэлектри­ческих сред.

2. Основные законы и методы термодинамики. Три начала термодинамики. Энтропия и термодинамическая температура. Метод круговых процессов, метод термодинамических потенциалов. Термодинамические потенциалы сложных систем и систем с переменным числом частиц.

1. Электрическое поле в диэлектрической среде. Поляризация диэлектриков. Теорема Остроградского-Гаусса для электрического поля в среде. Условия для электростатического поля на границе раздела двух изотропных диэлектри­ческих сред.

Диэлектрики- тела без свободных эл. зарядов.

Полярные диэлектрики – появление заряда противоположного знака на противоположных поверхностях диэлектрика под действием внешнего эл. поля.

Типы диэлектриков:

-полярные(H₂O);

-неполярные(H₂).

определяются структурой атома или молекулы

Существуют три вида поляризации:

- электрическая поляризация смещением (для непол. молекул)

P=β* ε_0*E, β-поляризуемость молекулы, Р-дип. момент.

- ориентационная (дипольная) поляризация (для поляр. молекул)

- поляризация ионного смещения(для твердых диэлектриков)

P=χ* ε_0*E,дип. момент единицы объёма. χ-диэлектр. восприимчивость.

P=β* ε_0*E,дип. момент одного атома.

Диэлектрическая проницаемость среды – отношение силы взаимодействия в вакууме(F₀) к силе взаимодействия в диэлектрической среде(F).ε=F/ F_0.

ε показывает во сколько раз данная среда ослабляет силу взаимодействия между зарядами или эл. поле.

Теорема Остроградского - Гаусса для эл. поля в среде : поток вектора Эл. смещения через произв.замкнутую поверхность равен суммарному свободному заряду, заключенному внутри этой поверхности.

∫D_ndS=∫ρ*dV.

Выражение D= (ε_0* E+P), называется ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СМЕЩЕНИЕМ.

Поле на границе двух диэлектриков.

Два диэлектрика поляризованы однородно. Диэлектрики могут быть поляризованы только если они помещены в эл.поле. На границе раздела возникает поляриз. заряд.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ↑ En1_ _ _ _ _ _ _ _ _

+ + + + + + + + + ↓ En2+ + + + + + + + ↑ En → Eτ

2. Основные законы и методы термодинамики. Три начала термодинамики. Энтропия и термодинамическая температура. Метод круговых процессов, метод термодинамических потенциалов. Термодинамические потенциалы сложных систем и систем с переменным числом частиц.

Первый постулат. У изолированной системы существует состояние термодинамического равновесия, в которые она приходит с течением времени и выйти из которого сама не может. Второй. Все равновесные внутренние параметры системы (величины, определяющиеся совокупным движением и распределением в пространстве входящих в систему частиц: р, Е) являются функциями внешних параметров (величины, входящие в систему: V) и температуры.

Первое начало ТД. Выражает закон сохранения и превращения энергии. Внутренняя энергия системы является однозначной функцией её состояния и изменяется только под влиянием внешних воздействий. Другая формулировка: невозможен вечный двигатель первого рода (совершающий работу, не заимствуя энергию извне).

Второе начало. Невозможен вечный двигатель второго рода (устройство, полностью превращающее теплоту в работу).

Третье начало. По мере приближения температуры к нулю, энтропия всякой равновесной системы при изотермических процессах перестает зависеть от каких-либо термодинамических параметров состояния и в пределе при температуре, стремящейся к 0К, принимает одну и ту же для всех систем постоянную величину, которую можно принять равной нулю.

Методы термодинамики. Метод циклов: (первое начало)

Метод термодинамических потенциалов: , где А_i и a_i – сопряжённые обобщённые термодинамические сила и параметр (p и V).

Термодинамические потенциалы: U(S,V), F(T,V) = U - TS, G(T, p) = U – TS + pV, H(S,p) = U + pV. Зная хотя бы одну характеристическую функцию, можно вычислить параметры всей системы. Первые производные характеристических функций дают параметры системы. Через вторые производные можно выразить калорические свойства системы, т. е. теплоёмкость.

Термодинамические потенциалы систем с постоянным числом частиц. Для открытой системы с учётом химического превращения частиц: , где внутр. + обмен с вн. средой, - химический потенциал k-ой частицы. При равновесных химических процессах - основное уравнение термодинамики для систем с постоянным числом частиц. - это химический потенциал, значение энергии Гиббса на одну частицу. Он не зависит от числа частиц, зависит только от T и p. Если в системе смесь веществ, то .