- •Предисловие
- •Программа курса «Молекулярная физика. Термодинамика.»
- •2. Учебно-тематический план
- •3. Содержание курса
- •4. Примерная тематика семинарских занятий
- •5. Средства обеспечения дисциплины
- •Введение
- •Все вещества состоят из атомов или молекул
- •Атомы и молекулы веществ находятся в состоянии беспорядочного движения
- •Между атомами и молекулами вещества действуют как силы притяжения, так и силы отталкивания.
- •Глава 1 Термодинамика
- •§1. Температура и термодинамическое равновесие
- •Давление
- •§2. Уравнение состояния идеального газа
- •§3. Законы идеальных газов
- •Изотермический процесс
- •Изобарический процесс
- •Закон Авогадро
- •Закон Дальтона
- •§4. Первое начало термодинамики
- •§5. Макроскопическая работа
- •I начало термодинамики для системы в адиабатической оболочке
- •§6. Внутренняя энергия
- •§7. Количество теплоты. Математическая формулировка первого начала термодинамики
- •§8. Различные приложения I начала термодинамики. Теплоёмкость
- •§9. Внутренняя энергия идеального газа. Закон Джоуля
- •Уравнение Роберта Майера
- •§10. Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона
- •Работа при адиабатическом изменении объёма газа
- •§11. Политропический процесс
- •Вопросы и задания для самостоятельной работы студентов Основы термодинамики. I начало термодинамики
- •§12. II начало термодинамики
- •Различные формулировки основного постулата, выражающего II начало термодинамики
- •§13. Равновесные состояния
- •§14. Обратимые и необратимые процессы
- •Необратимость и вероятность
- •§15. Цикл Карно
- •Коэффициент полезного действия в цикле Карно
- •§16. Холодильная машина
- •§17. Свободная энергия
- •§18. Энтропия
- •§19. Некоторые термодинамические соотношения
- •§20. Закон возрастания энтропии. Второе начало термодинамики
- •Увеличение энтропии при теплопередаче
- •§21. Энтропия и вероятность
- •§22. Энтропия и беспорядок
- •§23. Третье начало термодинамики
- •Вопросы для контроля самостоятельной работы студентов
- •II начало термодинамики. Энтропия.
- •Глава 2. Неравновесная термодинамика §1. Основные принципы линейной термодинамики
- •§2. Нелинейная термодинамика
- •§3. Принцип синергетики
- •Свойства и примеры самоорганизации диссипативных структур
- •Глава 3. Статистическая физика и её применение к идеальному газу
- •§1. Давление газа с точки зрения молекулярно – кинетической теории
- •§2. Температура как мера средней энергии хаотичного движения молекул
- •Скорость газовых молекул
- •§3. Броуновское движение
- •§4. Кинетическая теория теплоты Внутренняя энергия идеального газа
- •§5. Классическая теория теплоёмкости и её недостатки
- •§6. Барометрическая формула
- •Закон Больцмана
- •§7. Распределение молекул по скоростям
- •§8. Функция распределения
- •§9. Формула Максвелла
- •§10. Средняя арифметическая, средняя квадратичная и наивероятнейшая скорости молекул
- •§11. Среднее число молекул, сталкивающихся со стенкой сосуда
- •Вопросы для контроля знаний студентов Молекулярно-кинетическая теория
- •Глава 4. Явления переноса §1. Столкновение молекул и явления переноса
- •§2. Среднее число столкновений в единицу времени и средняя длина свободного пробега молекул
- •§3. Рассеяние молекулярного пучка в газе
- •§4. Явление переноса в газах. Уравнение переноса
- •§5. Диффузия
- •§6. Нестационарная диффузия
- •§7. Теплопроводность газов
- •§8. Вязкость газов (внутреннее трение)
- •§9. Соотношения между коэффициентами переноса
- •§10. Физические явления в разреженных газах
- •Вопросы для самостоятельного контроля знаний студентов Явления переноса
- •Глава 5 §1. Неидеальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Отклонение свойств газов от идеальности
- •Уравнение Ван-Дер-Ваальса
- •§2. Учет сил отталкивания между молекулами
- •§3. Учет сил притяжения между молекулами
- •§4. Изотермы Ван-дер-Ваальса
- •§5. Критическая температура и критическое состояние
- •§6. Недостатки уравнения Ван-дер-Ваальса
- •§7. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса
- •§8. Приведенное уравнение Ван-дер-Ваальса. Закон соответственных состояний
- •§9. Сжижение газов
- •Эффект Джоуля-Томсона
- •Вопросы для самоконтроля изученного материала Реальные газы
- •Глава 6. Жидкое состояние §1.Строение жидкостей
- •§2. Поверхностное натяжение
- •§3. Условия равновесия на границе двух сред. Краевой угол
- •§4. Граница жидкости и твердого тела
- •§5. Силы, возникающие на кривой поверхности жидкости
- •§6. Капиллярные явления
- •§7. Упругость насыщенного пара над кривой поверхностью жидкости
- •Вопросы для самоконтроля знаний студентов
- •Глава 7. Жидкие растворы §1. Свойства растворов
- •§2. Упругость насыщенного пара над идеальным раствором
- •§3. Закон Генри
- •§4. Осмотическое давление
- •Глава 8. Кристаллическое состояние §1. Отличительные черты кристаллического состояния
- •§2. Классификация кристаллов
- •§3. Физические типы кристаллических решеток
- •§4. Тепловое движение в кристаллах
- •Глава 9. Фазовые переходы §1. Фаза и фазовые равновесия
- •§2. Условия равновесия фаз химически однородного вещества
- •§3. Уравнение Клапейрона
- •Вопросы для самоконтроля знаний студентов
- •Содержание
Вопросы для контроля самостоятельной работы студентов
II начало термодинамики. Энтропия.
1.Какому условию удовлетворяют приведенные количества тепла для цикла Карно. Какому условию они удовлетворяют для произвольного кругового процесса?
2.Как записывается дифференциал функции энтропии dS? Является ли энтропия функцией состояния?
3.Как записать второе начало термодинамики с помощью функции энтропии?
4.Как изменяется энтропия при обратимых и необратимых процессах?
5.Чему равно значение для необратимого кругового процесса?
6.Как записывается выражение для энтропии идеального газа?
7.Изменяется ли энтропия идеального газа при его адиабатном расширении в пустоту?
8.Можно ли осуществится в какой-нибудь системе круговой необратимый адиабатный процесс?
9.Почему в термодинамических задачах нужно рассматривать процессы как протекающие бесконечно медленно, хотя реальные процессы протекают с конечной скоростью?
10.Чем объясняется необратимость процессов в молекулярных системах, состоящих из частиц, движение каждой из которых обратимо?
11.Чем отличаются процессы перехода работы в тепло и тепла в работу?
12.Как записывается первое начало термодинамики для кругового процесса?
13.Чем объясняется самое высокое значение к.п.д. цикла Карно?
14.Зависит ли КПД цикла Карно от рода рабочего тела?
15. Что нужно сделать, чтобы достигнуть возможно более высокого КПД тепловой машины?
16.Что такое свободная энергия?
17. Каков физический смысл площади ограниченной кривой цикла на диаграммах состояния в различных переменных PV, TS?
18. Как по закрытой диаграмме цикла определить, является ли машина тепловой или холодильной?
19. Какие параметры должны быть известны, чтобы было возможно подсчитать работу на адиабатическом участке цикла?
20. Сколько параметров и какие надо задать, чтобы определить теплоту, полученную или отдаваемую рабочим телом, на изотермическом и на изобарическом участках цикла?
21. Какими величинами может быть определен КПД тепловой машины?
22. Зависит ли теплота, отбираемая у нагревателя, от массы рабочего тела?
23. Зависит ли теплота, отбираемая у нагревателя, от теплоемкости рабочего тела?
24. Зависит ли работа, совершаемая рабочим телом и тепловой машиной за один цикл, от массы и теплоемкости рабочего тела?
25. Что изменится, если в идеальной машине вместо одноатомного газа, используемого как рабочее тело, употребить такое же количество двухатомного газа?
26.Всегда ли вещества нагреваются при их адиабатическом сжатии?
27.Как с помощью второго начала термодинамики можно найти соотношения между значениями сP и сV для произвольного вещества? Когда значения теплоемкости сP и cV равны? Когда разность этих величин стремится к бесконечности?
28.Почему все процессы, сопровождающиеся механическим трением, являются необратимыми процессами?
29.Что можно сказать о значении КПД необратимых тепловых машин по сравнению с КПД обратимых машин, работающих в том же интервале температур?
30.Почему циклы всех практически осуществляемых тепловых машин необратимы?
31.Что называется КПД тепловой машины?
32.Чему равно КПД цикла Карно, осуществляемого идеальным газом?
33.В чем разница «вечных двигателей» первого и второго рода?
34. Как определяется абсолютная термодинамическая шкала температур?
35. Как работает машина Карно в качестве холодильной?
36.В каком соотношении находится К.П.Д. тепловой машины, работающей
по произвольному круговому обратимому циклу, с К.П.Д машины, работающей по циклу Карно между резервуарами с наивысшей и наинизшей температурами, используемыми в круговом цикле.
37. Что такое приведенное количество теплоты? Какому условию удовлетворяют приведенные количества теплоты для цикла Карно?
38. Как и в каких переменных можно записать дифференциал функции энтропии dS? Как записать II начало с помощью функции энтропии?
39. Как изменяется энтропия для обратимых и необратимых процессов?
40. Изменяется ли энтропия при адиабатическом процессе?
42. Как запишется изменение энтропии для идеального газа?
43 Как запишется изменение энтропии для газа Ван-дер-Ваальса?
44. Изменяется ли энтропия идеального газа при его адиабатическом расширении в пустоту?
45. В каком направлении изменяется энтропия системы при приближении этой системы к состоянию термодинамического равновесия для изолированной и неизолированной системы?
46.Как определяется энтропия в физике?
47.Запишите выражение неравенства Клаузиуса.
48.Получите выражение для зависимости внутренней энергии от объема.
49.Вычислите внутреннюю энергию газа Ван-дер-Ваальса.
50.Как изменяется энтропия при обратимом процессе?
51.Как изменяется энтропия при необратимых процессах?
52.Покажите, что в процессе теплопередачи энтропия растет.
53.Покажите, что при расширении идеального газа в пустоту энтропия возрастает.
54.Как связана энтропия с термодинамической вероятностью состояния?
55.Сформулируйте III закон термодинамики (закон Нернста).
56.Изобразите для идеального газа графики изотермического и адиабатического процессов на диаграмме U, S.
57.Изобразите для идеального газа графики изотермического, адиабатического, изохорического и изобарического процессов на диаграмме S, Т.
58.Изобразите для идеального газа графики изотермического, адиабатического, изохорического и изобарического процессов на диаграмме V,S.
59.Изобразите для идеального газа графики изотермического, адиабатического, изохорического и изобарического процессов на диаграмме Р, S.
60.Может ли возрастать энтропия системы в ходе процесса, при котором система отдает тепло внешней среде.