- •1. Кинематика частицы (основные понятия кинематики, прямолинейное и криволинейное движение).
- •2. Инерциальные системы отсчета. Законы Ньютона и границы их применимости. Механический принцип относительности.
- •3. Законы сохранения в нерелятивистской механике.
- •4. Закон всемирного тяготения. Гравитационное поле.
- •5. Механические колебания. Свободные, затухающие и вынужденные колебания линейного осциллятора.
- •6. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции в системах, движущихся поступательно и во вращающихся системах отсчета.
- •7. Мкт. Основное уравнение кинетической теории газов. Газовые законы. Уравнение Менделеева-Клапейрона.
- •8. Явления переноса в газах.
- •9.Внутренняя энергия. Теплота. Работа. Первый закон термодинамики. Второй закон термодинамики.
- •11. Равновесие фаз, фазовые переходы. Уравнения Клапейрона-Клаузиуса.
- •12. Взаимодействие неподвижных зарядов. Электростатическое поле и его характеристики.
- •13. Электрическое поле в проводниках и диэлектриках. Поляризация диэлектриков.
- •14. Постоянный электрический ток. Классическая теория электропроводности металлов.
- •15. Магнитное поле в вакууме. Взаимодействие токов. Сила Ампера. Сила Лоренца.
- •16. Магнитное поле в веществе. Диа-, пара- и ферромагнетизм
- •17. Явление электромагнитной индукции, опыты Фарадея.
7. Мкт. Основное уравнение кинетической теории газов. Газовые законы. Уравнение Менделеева-Клапейрона.
Основным уравнением кинетической теории газов называется соотношение, связывающее давление (величину, измеряемую на опыте) со скоростью или кинетической энергией молекулы идеального газа.
В молекулярно-кинетической теории пользуются идеализированной моделью идеального газа, согласно которой считают, что:
1) собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда;
2) между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия;
3) столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие.
Скорости частиц как по модулю, так и по направлению могут быть любыми, изменение их происходит непрерывно.
где т0 — масса молекулы, v – ее скорость. За время t площадки s достигнут только те молекулы, которые заключены в объеме цилиндра с основанием s и высотой vt. Число этих молекул равно ns vt, где п – концентрация молекул. Для упрощения расчетов хаотическое движение молекул заменяют движением вдоль трех взаимно перпендикулярных направлений, так что в любой момент времени вдоль каждого из них движется 1/3 молекул, причем половина из них (1/6) движется вдоль данного направления в одну сторону, половина – в противоположную. Тогда число ударов молекул, движущихся в заданном направлении, о площадку s будет . При столкновении с площадкой эти молекулы передадут ей импульс: .
Тогда давление газа на стенку сосуда: (1)
Если газ в объеме V содержит N молекул, движущихся со скоростями v1, v2., то учитывают среднюю квадратичную скорость: (2), характеризующую всю совокупность молекул газа. Уравнение (1) с учетом (2) примет вид . (3)
Данное выражение называется основным уравнением молекулярно-кинетической теории идеальных газов. Оно устанавливает связь между давлением и среднеквадратичной скоростью.
Введем Е – среднюю кинетическую энергию хаотического поступательного движения одной молекулы, тогда основное уравнение запишется как: или Е.
Здесь давление связано со средней энергией поступательного движения молекул. При переходе к равновесию от одной части газа к другой передается энергия. Выравнивается не энергия всего газа как целого, а средняя кинетическая энергия, отнесенная к одной молекуле. Температура газа пропорциональна средней кинетической энергии его молекул: Т Е. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы Е = , (4)
где k - постоянная Больцмана, : k=1,38.10-23 Дж/К, Т – температура, выраженная в кельвинах. Из формулы (4) следует, что абсолютная температура является мерой средней кинетической энергии поступательного хаотического движения молекул. Подставляя в (3) это выражение, получим, что давление идеального газа связано с температурой соотношением:
.
Давление определяется только концентрацией (при постоянной температуре) и не зависит от сорта молекул.
Газовые законы устанавливают связь между двумя параметрами состояния при постоянном третьем параметре для данной массы газа.
1. Изотермический процесс. pV=const – уравнение изотермы.
Чем выше изотерма, тем более высокой температуре она соответствует, T2>T1.
2. Изобарный процесс. – уравнение изобары. Чем ниже к оси температуры наклонена изобара, тем большему давлению она соответствует, р2 > p1.
3. Изохорический процесс. – уравнение изохоры. График зависимости р от Т изображен на рис 7.3. Чем ниже к оси температуры наклонена изохора, тем большему объему она соответствует, V2 > V1.
Комбинируя выражения газовых законов, получим уравнение, связывающее р, V, Т (объединенный газовый закон): .
Постоянная в этом уравнении определяется экспериментально. Для количества вещества 1 моль газа она оказалась равной R=8,31 и была названа универсальной газовой постоянной.
1 моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг. Число молекул (структурных единиц) в 1 моле равно числу Авогадро: NA=6,02.1023моль-1. Для R справедливо соотношение: R=k NA. Итак, для одного моля: . Для произвольного количества газа =m/( - молярная масса газа.): ,
уравнение Менделеева-Клапейрона.