WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |

«Лекция №4 Статическая физика и термодинамика План 1) Статистическая физика и термодинамика 4) Изопроцессы 2) Молекулярная физика a) Изохорный процесс a) Идеальный газ b) ...»

-- [ Страница 1 ] --

ВСГУТУ. Кафедра физики.

Лекция №4

Статическая физика и термодинамика

План

1) Статистическая физика и термодинамика 4) Изопроцессы

2) Молекулярная физика a) Изохорный процесс

a) Идеальный газ b) Изобарный процесс

b) Законы идеального газа c) Изотермический процесс

c) Уравнение Клапейрона-Менделеева d) Адиабатический процесс d) Основное уравнение молекулярно-кинетиче- e) Политропный процесс ской теории идеальных газов 5) Обратимые и необратимые процессы 3) Термодинамика a) Энтропия a) Число степеней свободы молекулы b) Второе начало термодинамики b) Первое начало термодинамики c) Цикл Карно c) Работа газа при изменении его объема

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

Молекулярная физика и термодинамика изучают макроскопические процессы в телах, связанные с огромным числом содержащихся в телах атомов и молекул.

Макроскопические тела – это тела, состоящие из большого количества молекул.

Для исследования этих процессов применяют два качественно различных и взаимно дополняющих друг друга метода:

1. статистический (молекулярно-кинетический) 2. термодинамический Первый лежит в основе молекулярной физики, второй — термодинамики.

Термодинамика — раздел физики, изучающий общие свойства макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и процессы перехода между этими состояниями.

Термодинамическое равновесие – состояние тела, при котором все точки системы имеют одинаковые и постоянные значение термодинамических макропараметров (давление, плотность, температура, концентрация, объем, напряженность электрического и магнитного полей).

Термодинамика не изучает конкретного строения вещества. Её выводы на общих принципах (началах), которые являются обобщениями опытных фактов.

Молекулярно-кинетическая теория и термодинамика взаимно дополняют друг друга, образуя единое целое, но отличаясь различными методами исследования.

Термодинамика имеет дело с термодинамической системой — совокупностью макроскопических тел, которые взаимодействуют и обмениваются энергией как между собой, так и с другими телами (внешней средой).

Состояние системы задается термодинамическими макропараметрами (параметрами состояния) — совокупностью физических величин, характеризующих свойства термодинамической системы.

Обычно в качестве параметров состояния выбирают температуру, давление и удельный объем.

Температура — одно из основных понятий, играющих важную роль не только в термодинамике, но и в физике в целом.

Температура — физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. В соответствии с решением XI Генеральной конференции по мерам и 1 из ВСГУТУ. Кафедра физики.

весам (1960) в настоящее время можно применять только две температурные шкалы термодинамическую и Международную практическую, градуированные соответственно в кельвинах (К) и в градусах Цельсия (°С). В Международной практической шкале температура замерзания и кипения воды при давлении 1,013105 Па соответственно 0 и 100°С (реперные точки).

Термодинамическая температурная шкала определяется по одной реперной точке, в качестве которой взята тройная точка воды (температура, при которой лед, вода и насыщенный пар при давления 609 Па находятся в термодинамическом равновесии). Температура этой точки по термодинамической шкале равна 273,16 К (точно). Градус Цельсия равен кельвину. В термодинамической шкале температура замерзания воды равна 273,15 К (при том же давлении, что и в Международной практической шкале), поэтому, по определению, термодинамическая температура и температура по Международной практической шкале связаны соотношением Т = 273,15 + t Анализ различных процессов показывает, что 0 К недостижим, хотя приближение к нему сколь угодно близко возможно.

Параметры состояния системы могут изменяться. Любое изменение в термодинамической системе, связанное с изменением хотя бы одного из ее термодинамических параметров, называется термодинамическим процессом. Макроскопическая система находится в термодинамическом равновесии, если ее состояние с течением времени не меняется (предполагается, что внешние условия рассматриваемой системы при этом не изменяются).

Молекулярная физика – раздел физики, изучающий строение и свойства вещества исходя из молекулярно-кинетических представлений, основывающихся на том, что все тела состоят из молекул, находящихся в непрерывном хаотическом движении.

Процессы, изучаемые молекулярной физикой, являются результатом совокупного действия огромного числа молекул. Законы поведения огромного числа молекул являются закономерностями.

Статистическими метод основан на том, что свойства макроскопической системы в конечном счете определяются свойствами частиц системы, особенностями их движения и усредненными значениями динамических характеристик этих частиц (скорости, энергии и т. д.).

Например, температура тела определяется скоростью хаотического движения его молекул, но так как в любой момент времени разные молекулы имеют различные скорости, то она может быть выражена только через среднее значение скорости движения молекул. Нельзя говорить о температуре одной молекулы.

Макроскопические характеристики тел имеют физический смысл лишь в случае большого числа молекул.

Молекулярную физику часто называют молекулярно-кинетической теорией строения вещества (МКТ). В основе МКТ лежат три основных положения:

1. Все вещества состоят из мельчайших частиц: молекул, атомов или ионов.

2. Эти частицы находятся в непрерывном хаотическом движении, скорость которого определяет температуру вещества.

3. Между частицами существуют силы притяжения и отталкивания, характер которых зависит от расстояния между ними.

Основные положения МКТ подтверждаются многими опытными фактами. Существование молекул, атомов и ионов доказано экспериментально, молекулы достаточно изучены и даже сфотографированы с помощью электронных микроскопов. Способность газов неограниченно расширяться и занимать весь 2 из ВСГУТУ. Кафедра физики.

предоставленный им объем объясняется непрерывным хаотическим движением молекул. Упругость газов, твердых и жидких тел, способность жидкостей смачивать некоторые твердые тела, процессы окрашивания, склеивания, сохранения формы твердыми телами и многое другое говорят о существовании сил притяжения и отталкивания между молекулами.

Подтверждением непрерывного хаотического движения молекул является также и броуновское движение — непрерывное хаотическое движение микроскопических частиц, нерастворимых в жидкости.

ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ

Идеальный газ – газ, взаимодействие между молекулами которого пренебрежимо мало. Свойства идеального газа:

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.

Модель идеального газа можно использовать при изучении реальных газов, так как они в условиях, близких к нормальным (например, кислород и гелий), а также при низких давления и высоких температурах близки по своим свойствам к идеальному газу.

Внеся поправки, учитывающие собственный объем молекул газа и действующие молекулярные силы, можно перейти к теории реальных газов.

Законы идеального газа для данной массы газа при по- объем данной массы газа при по- давление данной массы газа при стоянной температуре произве- стоянном давлении изменяется постоянном объеме изменяется дение давления газа на его линейно с температурой линейно с температурой объем есть величина постоянная Процесс изотермический – про- Процесс изобарный – процесс, Процесс изохорный – процесс, цесс, протекающий при постоян- протекающий при постоянном протекающий при постоянном 3 из ВСГУТУ. Кафедра физики.

t — температура по шкале Цельсия;

T – термодинамическая температура;

Закон Авогадро: моли любых газов при одинаковых температуре и давлении занимают одинаковые объемы. При нормальных условиях этот объем равен Vm = 22,4110–3 м3/моль.

Постоянная (число) Авогадро – число молекул в одном моле вещества Закон Дальтона: давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений p1, p2,..., рn входящих в нее газов:

Парциальное давление — давление, которое производил бы газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он один занимал объем, равный объему смеси при той же температуре.

Уравнение Клапейрона-Менделеева Как уже указывалось, состояние некоторой массы газа определяется тремя термодинамическими параметрами: давлением р, объемом V и температурой Т. Между этими параметрами существует определенная связь, называемая уравнением состояния, которое в общем виде дается выражением, где каждая из переменных является функцией двух других Французский физик и инженер Б. Клапейрон (1799—1864) вывел уравнение состояния идеального газа, объединив законы Бойля — Мариотта и Гей-Люссака. Пусть некоторая масса газа занимает объем V1, имеет давление р1 и находится при температуре T1. Эта же масса газа в другом произвольном состоянии характеризуется параметрами р2, V2, T2. Переход из состояния 1 в состояние 2 осуществляется в виде двух процессов: 1) изотермического (изотерма 1–1'), 2) изохорного (изохора 1'–2).

4 из ВСГУТУ. Кафедра физики.

В соответствии с законами Бойля — Мариотта и Гей-Люссака запишем:

Исключив из уравнений p1 получим Так как состояния 1 и 2 были выбраны произвольно, то для данной массы газа величина pV/T остается постоянной, т. е.

Это уравнение Клапейрона, в котором В — газовая постоянная, различная для разных газов.

Русский ученый Д. И. Менделеев (1834—1907) объединил уравнение Клапейрона с законом Авогадро, отнеся уравнение к одному молю, использовав молярный объем Vm. Согласно закону Авогадро, при одинаковых р и Т моли всех газов занимают одинаковый молярный объем Vm, поэтому постоянная В будет одинаковой для всех газов.

Уравнение состояния идеального газа, называемое также уравнением Клапейрона — Менделеева.

R – (универсальная) молярная газовая постоянная = 8,31 Дж/(мольК) От уравнения для моля газа можно перейти к уравнению Клапейрона — Менделеева для произвольной массы газа.

М — молярная масса (масса одного моля вещества);

Единица молярной массы — килограмм на моль (кг/моль).

Постоянная Авогадро, Больцмана и универсальная газовая постоянная связана между собой Исходя из этого уравнение состояния запишем в виде где NA/Vm = n — концентрация молекул (число молекул в единице объема).

Таким образом, 5 из ВСГУТУ. Кафедра физики.

давление идеального газа при данной температуре прямо пропорционально концентрации его молекул (или плотности газа).

При одинаковых температуре и давлении все газы содержат в единице объема одинаковое число молекул.

Число молекул, содержащихся в 1 м3 газа при нормальных условиях, называется числом Лошмидта:

ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ

ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ

Для вывода основного уравнения молекулярно-кинетической теории рассмотрим одноатомный идеальный газ.

Предположим, что молекулы газа движутся хаотически, число взаимных столкновений между молекулами газа пренебрежимо мало по сравнению с числом ударов о стенки сосуда, а соударения молекул со стенками сосуда абсолютно упругие.

Выделим на стенке сосуда некоторую элементарную площадку S и вычислим давление, оказываемое на эту площадку.



Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |
 


Похожие работы:

«1. Введение. 1.1. Об этой книге. Прежде чем приступить к написанию книги, автор попытался представить своего будущего читателя. А так как круг пользователей, хоть раз в жизни запускавших программу с названием Adobe Photoshop, достаточно широк (с уверенностью можно заключить, что о подобной программе слышали абсолютно все), в результате пришлось вообразить человека, который для работы с цифровыми изображениями выбирает самое лучшее средство. Существует достаточное количество очных, заочных и...»

«Лекция №1. Введение в предмет качественного анализа Аналитической химии a) Аналитическая химия и его методы. Краткий исторический очерк. b) Задачи и выбор метода обнаружения с) Химические, физические, физико-химические методы обнаружения элементов. a) Аналитическая химия, задачи и методы. Предмет качественного анализа, значение и методы. Задачи и выбор метода обнаружения. Краткий исторический очерк. Аналитическая химия – это наука о методах и средствах получения информации о составе вещества и,...»

«2 Олег Орлянский. Увидеть невидимое. 12 Наталья Джура. Питание и стратегия здоровья. 20 Ирина Мандзюк. Откуда твои краски,...»

«Идеологическая и культурная ситуация, складывающаяся в нашей стране в результате преобразований, получивших наименование перестройки, все в большей степени позволяет не только исследовать белые пятна на карте истории советского общества, в том числе на карте истории советской науки, но и по существу впервые всерьез приступить к изучению таких аспектов и проблем, которых раньше либо вовсе не касались, либо единственной целью обращения к которым было научное обоснование той или иной политической...»

«ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ЦЕНТРА УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ МОСКВА • МАШИНОСТРОЕНИЕ • 2009 Научное издание ЧИЧЁВ Сергей Иванович КАЛИНИН Вячеслав Федорович ГЛИНКИН Евгений Иванович ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ЦЕНТРА УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ Редактор Т.М. Г л и н к и н а Инженер по компьютерному макетированию М.А. Ф и л а т о в а Сдано в набор 01.10.2009. Подписано в печать 30.11.2009 Формат 60 84/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman Печать офсетная. Усл....»

«Ключ К пониманию ИСЛАМА © Все права на данную книгу принадлежат автору. Автор разрешает перепечатывать или переиздавать данную работу, если целью вышеуказанных действий является бесплатное распространение книги. При этом запрещается внесение в текст оригинала любых изменений, дополнений и сокращений. В случае необходимости и при соблюдении вышеуказанных условий автор готов безвозмездно предоставить высококачественные копии книги в электронном формате. Все замечания, советы и вопросы по данной...»

«Рекомендовано УМО по классическому университетскому образованию РФ в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 010701 Физика. Москва Издательство МЦНМО 2007 год УДК 53 (023) ББК 22.3я721+74.262.22 Г83 Учебное издание Григорьев Ю. М., Муравьёв В. М., Потапов В. Ф. Г83 Олимпиадные задачи по физике. Международная олимпиада Туймаада : Под ред. Селюка Б. В. М.: МЦНМО, 2007. 160 с.: ил. ISBN 978–5–94057–256–5. Олимпиада Туймаада была организована в...»

«Н. А. Богословский Физический кружок для шестиклассников и семиклассников Санкт Петербург, 2012 УДК 372.853+37.035.461 ББК 74.262.22 Б 74 Богословский Никита Александрович. Физический кружок для шести классников и семиклассников. – СПб.: Школьная лига, Лема, 2012. – 228 с. Серия Наношкола Пособие подготовлено в рамках проекта Школьная лига РОСНАНО ISBN Эта книга может быть интересной как руководителям физических кружков и учи телям, проводящим факультативные занятия по физике, так и самим...»

«Институт прикладной физики РАН по проблеме Физическая акустика Экспериментально выявлена корреляция между типами симметрии и направлением главных осей тензоров упругости и магнитной восприимчивости образцов некристаллических метаморфических и осадочных горных пород. Наличие такой корреляции позволяет предположить наличие одного и того же источника возникновения анизотропии магнитных и акустических характеристик – текстуры горной породы. Для образцов поликристаллических горных пород в отсутствии...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.