![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Конспект лекций по физике
- •Раздел 2 Молекулярная физика и термодинамика
- •Основы молекулярно-кинетической теории. Термодинамика
- •Основы молекулярно-кинетической теории. Основные положения молекулярно-кинетической теории. Сила и энергия взаимодействия молекул. Шкалы измерения температуры
- •Сила и энергия взаимодействия молекул
- •Контрольные вопросы:
- •Идеальный газ. Давление газа. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа
- •Контрольные вопросы:
- •Зависимость давления газа от температуры при постоянном объеме. Температура как мера средней кинетической энергии движения молекул
- •Связь между абсолютной температурой и кинетической энергией поступательного движения молекул
- •Контрольные вопросы:
- •Уравнение Клапейрона - Менделеева. Закон Дальтона
- •Количество молекул в 1 моле любого вещества одинаково и называется числом Авогадро:
- •2. 1 Моль любого газа при нормальных условиях занимает объём 22,4 дм3. (закон Авогадро).
- •Контрольные вопросы:
- •Изопроцессы и их графики
- •Контрольные вопросы:
- •Выберете правильный ответ на поставленный вопрос
- •Закон Максвелла о распределении молекул идеального газа по скорости и энергии теплового движения
- •Контрольные вопросы:
- •Барометрическая формула. Распределение Больцмана
- •Контрольные вопросы:
- •Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса
- •Изотермы Ван-дер-Ваальса и их анализ. Критическое состояние вещества
- •Контрольные вопросы:
- •Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул
- •Контрольные вопросы:
- •Выберите правильный ответ на поставленный вопрос
- •Основы термодинамики Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы
- •Изменение внутренней энергии тела в процессе теплообмена и совершения работы. Уравнение теплового баланса
- •Уравнение теплового баланса
- •Контрольные вопросы:
- •Первое начало термодинамики. Адиабатный процесс
- •Контрольные вопросы:
- •Выберите правильный ответ на поставленный вопрос
- •Работа газа. Круговой процесс. Кпд кругового процесса Работа газа при изменении объема
- •Контрольные вопросы:
- •Принцип действия тепловой машины. Цикл Карно
- •Кпд тепловой машины
- •Контрольные вопросы:
- •Необратимые процессы. Понятие о втором начале термодинамики
- •Контрольные вопросы:
- •Явления переноса в термодинамически неравновесных системах
- •Контрольные вопросы:
- •Выберите правильный ответ на поставленные вопросы:
- •Агрегатные состояния вещества и фазовые переходы
- •Свойства паров. Влажность воздуха. Способы определения влажности воздуха. Парообразование
- •Влажность воздуха. Точка росы. Способы определения влажности
- •Приборы для определения влажности воздуха
- •Контрольные вопросы:
- •Кипение.
- •Контрольные вопросы:
- •Характеристика жидкого состояния вещества.
- •Молекулярное давление поверхностного слоя жидкости
- •Энергия поверхностного слоя жидкости.
- •Поверхностное натяжение
- •Смачивание
- •Капиллярность
- •Контрольные вопросы:
- •Кристаллическое состояние вещества. Типы связей в кристаллах, виды кристаллических структур
- •Полиморфизм
- •Применение кристаллов
- •Жидкие кристаллы
- •Контрольные вопросы:
- •Механические свойства твердых тел
- •Закон Гука. Модуль упругости
- •Диаграмма растяжения твердого тела
- •Контрольные вопросы:
- •Тепловое расширение твердых тел.
- •Плавление и кристаллизация. Диаграмма фазовых состояний
- •Контрольные вопросы:
Закон Гука. Модуль упругости
Упругая деформация прямо пропорциональна силе вызывающей эту деформацию (примером может служить безмен).
Английский ученый Гук вывел закон: Механическое напряжение в упруго деформированном теле прямо пропорционально относительной деформации этого тела.
; где k – модуль
упругости. Он измеряется механическим
напряжением, которое возникает в
материале при упругой относительной
деформации, равной единице.
При деформации растяжения и сжатия:
,
где E– модуль Юнга - модуль упругости при деформации растяжения и сжатия. Значение модуля Юнга для конкретного материала можно найти в соответствующих таблицах.
Диаграмма растяжения твердого тела
Диаграммой растяжения твердого тела является зависимость напряжения в твердом теле от относительной деформации .
Максимальное напряжение, при котором
деформация еще остается упругой (рисунок
33), называется пределом пропорциональности
(точка А). На участке ОА выполняется
закон Гука. Если в точке А снять внешнюю
нагрузку, то материал вернется в исходное
состояние (точку О). Далее при увеличении
нагрузки деформация становится
нелинейной.
М
(точка В).
превышает
лишь на сотые доли процента.
Рисунок 33. Диаграмма растяжения твердого
тела
В области СД материал "течет" –
деформация возрастает при неизменном
напряжении. Напряжение
,
при котором материал "течет" (точка
С) называют пределом текучести. На
участке СД кристаллы вытягиваются и
сужаются. В результате этого растет
прочность материала. Такое увеличение
прочности называется наклепом.
Материалы, у которых область СД
значительна, называют пластичными
(алюминий, золото). У хрупких материалов
область СД практически отсутствует
(стекло, чугун, кирпич). Если в точке Д
снять внешнюю нагрузку, то материал не
вернется в исходное состояние. Разгрузка
изображена на диаграмме пунктирной
кривой. В теле сохранится остаточная
деформация
.
После наклепа материал снова начинает
сопротивляться внешним напряжениям
(участок ДЕ). Точка Е – предел прочности
- наибольшее напряжение, которое может
выдержать материал без разрушения.
После точки Е кривая идет вниз, т.е.
дальнейшая деформация до разрыва
происходит при уменьшающихся напряжениях.
Запасом прочности n
называют отношение предела пропорциональности
к максимальному действующему напряжению
,
которое будет испытывать деталь
конструкции.
Контрольные вопросы:
Что такое деформация, и какие основные виды деформации Вам известны?
Что такое абсолютная и относительная деформации?
Что такое механическое напряжение, как оно вычисляется и в каких единицах оно измеряется?
Расскажите об упругости и пластичности веществ.
Расскажите о хрупкости и твердости веществ.
Изложите закон Гука.
Расскажите о диаграмме растяжения твердых тел.
Тепловое расширение твердых тел.
При нагревании тел растет средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул и среднее расстояние между молекулами. Поэтому все вещества при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. Различают линейное и объемное расширение.
Изменение одного определенного размера твердого тела при изменениях температуры называется линейным расширением (или сжатием).
,
где
– длина стержня при 00
,
- коэффициент линейного расширения.
Размерность [
]
= ОС-1.
Длина тела при любой температуре
t:
;
При объемном расширении увеличивается
объем:
,
где:
– объем тела при 00 C.
Объем тела при любой температуре
t:
,
где:
- коэффициент объемного расширения;
Экспериментально установлено, что
.
Поэтому
.
Аналогично для площади поверхности
твердого тела:
.
В жидкостях есть одно замечательное исключение: вода при нагревании от 00C до +40C сжимается, а при охлаждении от +40C до 00C – расширяется. Коэффициент объемного расширения воды сильно меняется при изменении температуры.
Примеры тепловых расширений:
Вода при замерзании расширяется и разрывает горные породы, металлические трубы и другие технические конструкции.
В автоматике применяются биметаллические
пластины, использующие различие
коэффициентов линейного расширения
каждой из двух пластин. При нагревании
биметаллическая пластина теряет
устойчивость, нажимает на переключатель,
в результате чего исполнительный
механизм срабатывает.
Тепловые расширения важно учитывать при прокладывании рельсов, натягивании проводов, сооружении мостов и т.д. Выводы из электроламп и радиоламп производят из материала, у которого коэффициент линейного расширения близок к коэффициенту линейного расширения стекла.