Передмова

Вивчення дисципліни «Фізика» для спеціальності “Обладнання харчових та переробних виробництв” в університеті економіки і торгівлі відбувається протягом трьох семестрів на денному, та двох семестрів на заочному відділенні. При цьому аудиторні заняття передбачають лекційні та лабораторні заняття. Практичні ж заняття не передбачені взагалі. Впровадження кредитно-модульної системи організації навчального процесу приводить до змін у навчальних робочих планах вивчення дисципліни. За останні роки аудиторне навчальне навантаження на студентів невпинно зменшується, що веде до зростання ролі їх самостійної роботи. Тому видання цього методичного посібника допоможе самостійно опановувати курс загальної фізики як студентам інженерних спеціальностей денної, так і заочної форми навчання. Цей посібник може бути застосований як при тестуванні студентів при проведенні модульного або ректорського контролю знань, так і для підготовки до виконання лабораторних робіт та їх захисту, а також для контролю та самоконтролю знань у вигляді контрольних робіт.

Мета і завдання дисципліни, її місце у навчальному процесі

Дисципліна «фізика» разом із курсами вищої математики, хімії та інформатики складають основу теоретичної підготовки фахівців інженерного профілю вищих навчальних закладів – тобто, ту фундаментальну базу, без якої неможливе повноцінне вивчення дисциплін циклу професійної та практичної підготовки майбутніх інженерів-механіків. Потреба вивчення фізики студентами цієї спеціальності обумовлена все більшим застосуванням фізичних методів та приладів у різних галузях харчового виробництва, саме тому сучасному фахівцю-механіку необхідно мати належну фізико-технічну підготовку.

Внаслідок вивчення дисципліни «Фізика» студенти повинні знати:

• основні фізичні величини, одиниці їх вимірювань, основи теорії похибок та правила оброблення результатів вимірювань;

• фундаментальні поняття і теорії класичної та сучасної фізики з тим, щоб ефективно опанувати спеціальні навчальні дисципліни та використати знання фізичних закономірностей у майбутній роботі;

• методи розв'язування практичних фізичних задач та проблем;

• принципи дії приладів, в тому числі електронно-обчислювальної апаратури;

Студенти повинні уміти:

• проводити математичну і статистичну обробку результатів вимірювань;

• користуючись фізичними положеннями, законами і теоріями, застосовувати набуті теоретичні та практичні знання для вивчення спеціальних дисциплін та в майбутній роботі за спеціальністю;

• пояснювати фізичні процеси та явища, які відбуваються під час роботи різного роду механізмів, що використовуються у практичній діяльності;

• застосовувати сучасні фізичні методи і прилади на практиці.

Таким чином, основною метою дисципліни «Фізика» є послідовне вивчення студентами основних законів і положень фізики для пізнання загальних закономірностей явищ природи; використання даних законів у оперативному розв'язанні проблем; освітлення можливих прикладних застосувань фізичних методів і приладів у практичній діяльності фахівця інженерного профілю. Надані у посібнику тестові завдання, допомагають кращому засвоєнню знань та досягненню цієї мети.

Зміст модулю № 2 “МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА І ТЕРМОДИНАМІКА”

Розділ 2.1. Молекулярно-кінетична теорія. Ідеальний газ. Газові закони.

Основні положення молекулярно-кінетичної теорії (МКТ) будови речовини та їхнє обгрунтування. Агрегатні стани речовини. Використовувані поняття: атом, молекула, відносні атомна та молекулярна маси, кількість речовини, моль, молярна маса, густина речовини, концентрація молекул. Закон Авогадро, стала Авогадро. Макроскопічні системи. Термодинамічні макроскопічні параметри: тиск, об’єм, температура та їхній фізичний зміст. Основне рівняння МКТ газів (рівняння Клаузіуса). Звязок між середньою кінетичною енергією молекул та температурою. Середня квадратична швидкість руху молекул.

Ідеальний газ. Ізопроцеси та їхні рівняння: закони Бойля-Маріотта, Гей-Люс-сака, Шарля. Закон Дальтона. Рівняння стану для ідеального газу (Клапейрона-Мен-делєєва). Універсальна газова стала. Стала Больцмана. Поняття про класичну статистику, розподіл молекул за швидкостями їхнього руху, функція розподілу, закон Максвелла. Найімовірніша швидкість руху молекул, середня арифметична швидкість руху молекул. Барометрична формула. Розподіл Больцмана для молекул у зовнішньому потенціальному силовому полі за значеннями їхньої потенціальної енергії. Поняття про реальні гази, рівняння Ван-дер-Ваальса і його аналіз. Насичена і ненасичена пара, критичний стан.

Ефективний діаметр молекул, середня довжина вільного пробігу молекул. Поняття вакууму для газів. Рівноважні і нерівноважні стани та процеси. Явища переносу у термодинамічно нерівноважних системах та їхнє молекулярно-кінетичне трактування. Дифузія, внутрішнє тертя (вязкість), теплопровідність. Рівняння Фіка, Ньютона, Фурє.

Розділ 2.2. Основи термодинаміки.

Ступені свободи молекули. Закон рівного розподілу енергії молекул за їхніми ступенями свободи. Внутрішня енергія ідеального газу, як функція його стану. Засоби зміни внутрішньої енергії: робота і кількість теплоти. Теплообмін, теплова рівновага. Теплоємність, питома і молярна теплоємності, як функції процесів. Класична молекулярно-кінетична теорія теплоємності газів і межі її придатності. Рівняння Ма-йєра. Перший закон термодинаміки і його застосування до ізопроцесів. Адіабатичний процес. Рівняння Пуассона. Показник адіабати.

Термодинамічна система. Зовнішнє середовище. Замкнена система. Зворотні і незворотні термодинамічні процеси. Замкнені процеси (цикли). Прямий і обернений цикли. Теплові двигуни, холодильні машини. Коефіцієнт корисної дії теплового дви-гуна. Нагрівач і охолоджувач. Цикл Карно і його ККД. Другий закон термодинаміки. Ентропія системи, як функція її стану. Закон зростання ентропії. Нерівність Клаузіуса для рівноважних і нерівноважних процесів, зворотних і незворотних циклів. Статистичний зміст другого закону термодинаміки.