- •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 самостоятельного контроля знаний студентов Явления переноса
1. Что называется средней длиной свободного пробега молекул? Чему равна средняя длина свободного пробега молекул? От каких параметров состояния газа (Р,V,Т) они зависят и какова эта зависимость?
2. Как записывается общее уравнение переноса?
3. Какие процессы переноса называются стационарными, нестационарными?
4. Какова зависимость длины свободного пробега молекул λ от давления? При любых ли давлениях одинакова эта зависимость? Зависит ли λ от температуры?
5. Что такое вакуум с точки зрения длины свободного пробега? Почему понятие вакуум является относительным?
6. Увеличивается или уменьшается поперечное сечение столкновения молекул при увеличении температуры?
7. Как изменяется средняя длина свободного пробега молекул в зависимости от температуры?
8. Как показать, что коэффициент диффузии зависит от температуры? Какова эта зависимость'?
9. Какая теплоемкость входит в выражение для определения коэффициента теплопроводности λ?
10. Каков физический смысл градиента скорости, градиента температуры, градиента плотности?
11. Будут ли происходить явления переноса в вакууме? Опишите физическую картину и опишите зависимость коэффициентов переноса от давления в области вакуума.
12.Какие явления носят общее название явлений переноса?
13.Какой вид имеют уравнения переноса в феноменологической записи?
14.Какому классу термодинамических процессов относятся явления переноса?
15.Как получаются уравнения переноса в кинетической теории газов?
16.Как раскрывается молекулярно-кинетическое выражение для коэффициента диффузии?
17.Как раскрывается молекулярно-кинетическое выражение для коэффициента теплопроводности?
18.Как раскрывается молекулярно-кинетическое выражение для коэффициента вязкости?
19.Какие результаты для зависимости коэффициентов переноса от температуры и давления дают кинетические выражения этих коэффициентов для случая газа?
20.Какие существуют связи между различными коэффициентами переноса?
21.Каковы границы применимости уравнений переноса? В чем трудность применения этих уравнений к разреженным газам?
22.Что такое вакуум?
23.Каковы особенности явлений переноса в разряженных газах?
24.Чем объяснить, что все явления переноса протекают медленно, хотя все они происходят благодаря быстрым движениям молекул?
25.Начертите ход графика зависимости произведения λР (λ - длина свободного пробега, Р - давление) от изменения Р.
26.Что следует знать для определения среднего числа столкновений всех молекул, происходящих в 1 с в единице объема, если известно среднее число столкновений одной молекулы в 1 с?
27.Давление газа увеличилось в два раза. Как изменилась при этом средняя длина свободного пробега молекул, если: а) температура осталась без изменения; б) температура увеличилась в два раза?
28.Как меняются коэффициенты диффузии, теплопроводности и вязкости, при изменении давления, если газ находится: а) в состоянии, далеком от технического вакуума; б) в состоянии технического вакуума?
29.Как зависит длина свободного пробега молекул от давления и температуры?
30.Как меняются коэффициенты диффузии, теплопроводности и вязкости при изменении температуры, если газ находится: а) в состоянии, далеком от технического вакуума; б) в состоянии технического вакуума?
31.Один из методов разделения смеси газов на компоненты состоит в использовании диффузии через пористую перегородку. Какие свойства молекул используются при этом?
32.Почему при изготовлении сосудов Дьюра на время откачки воздуха из пространства между стеклами сосуды помещают в печь с температурой 300-4000С?
33.Металлическая нить натянута по оси цилиндрической трубки, разделенной непроницаемой перегородкой на две части, в которых находится один и тот же газ при различном давлении. Если пропустить ток по нити, то она в одной части трубки светится, а в другой нет. В какой части нить светится?
34.Как изменится вязкость двухатомного газа, состояние которого далеко от вакуума, при уменьшении объема в два раза, если процесс перехода был изотермическим.
35. Как изменится вязкость двухатомного газа, состояние которого далеко от вакуума, при уменьшении объема в два раза, если процесс перехода был изобарическим.
36.Как изменится вязкость двухатомного газа, состояние которого далеко от вакуума, при уменьшении объема в десять раз, если процесс перехода был адиабатическим.
37.Как изменится коэффициент диффузии двухатомного газа, состояние которого далеко от вакуума, при уменьшении объема в два раза, если процесс перехода был адиабатическим.
38.Чем отличается явление диффузии от самодиффузии?
39.Зная коэффициент вязкости гелия при нормальных условиях, вычислить эффективный диаметр атома.
40.Найти показатель политропы n процесса, совершаемого идеальным газом, при котором остается неизменным коэффициент диффузии.