Физика. Часть 2. Молекулярная физика и термодинамика - Абражевич Э.Б.
Физика. Часть 2. Молекулярная физика и термодинамика
Автор: Абражевич Э.Б.Другие авторы: Иванов Д.А., Кириченко А.В.
Издательство: М.: МЭИ
Год издания: 1997
Страницы: 56
Читать: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Скачать:
Э.Б.Абражевич, Д.А.Иванов, А.В.Кириченко ФИЗИКА. Ч. 2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА
M.: Издательство МЭИ. 1997.-56 с.
Представлена вторая часть курса физики, которая включает в себя подробные теоретическую и практическую проработки тем: молекулярно - кинетическая теория, первое и второе начала термодинамики, свойства паров и жидкостей, тепловые явления.
Написано в соответствии с программой по физике для поступающих в вузы. В каждой главе пособия содержится краткое теоретическое введение, включающее формулировки физических законов и алгоритмические методы решения задач. Также даются качественные задачи по рассматриваемым разделам физики. Пособие содержит большое количество типовых задач, аналогичных тем, которые предлагаются на вступительных экзаменах в технические вузы, а также подробные решения всех задач.
Предназначено учащимся старших классов и абитуриентам для проведения занятий по подготовке к вступительным экзаменам по системе дистанционного
обучения, а также для самостоятельной работы.
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Молекулярно-кинетическая теория. 3 1.1 Основы молекулярно - кинетической теории 7
1.2. Уравнение состояния идеального газа 8
1.3. Законы идеального газа. 9
2. Первое начало термодинамики. 11
2.1. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам 13
2.2. Адиабатный процесс 14
3. Второе начало термодинамики. 15
3.1. Термодинамические циклы тепловых двигателей 16
3.2. КПД механизмов и машин 17
4. Свойства паров и жидкостей 18 4.1 Поверхностное натяжение, капиллярные явления 21 4.2. Насыщенные пары, влажность 21
5. Тепловые явления 23 5.1 Тепловое расширение твердых тел и жидкостей 27
5.2. Тепловые явления без изменения агрегатного состояния 27
5.3. Тепловые явления с изменением агрегатного состояния 28
6. Качественные задачи 30 Решения задач. 32 Список литературы 55 1. МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ
Модель идеального газа предполагает, что суммарный объем самих молекул, находящихся в сосуде, ничтожно мал по сравнению с объемом сосуда, а силами взаимодействия молекул газа друг с другом на расстоянии можно пренебречь.
Абсолютной температурой газа T называют меру средней кинетической энергии поступательного движения его молекул. При этом всегда рассматривается движение молекул газа относительно сосуда, в котором находится газ.
Рассмотрим идеальный газ, N молекул которого массой т каждая находятся в сосуде, двигаясь с различными скоростями. Среднюю кинетическую знергню (H7k) одной молекулы можно
определить по формуле
2 2 2 гщ mv2 mvN
(W \ - + "+ _¦ т pI2 + ^2+-+v\ _т ( 2\ V к/ N IN 2 \ '
Следует иметь в виду, что даже для самого малого количества газа в сосуде число его молекул N - огромная величина (вспомним, что в моле газа находится Na. = 6,02-IO22 молекул). Величина vKB, определяемая формулой
называется средней квадратичной скоростью молекул газа. Точное определение абсолютной температуры T дает формула ее связи с энергией (Wk)-.
(W1t) = IkT,
где к = 1,38-10~23 Дж К-1 - постоянная Больцмана; T- абсолютная температура газа (T = t° С+ 273).
Число степеней свободы і молекулы газа можно определить либо как количество ее независимых движений (поступательных и вращательных), либо как минимальное количество координат, однозначно определяющих положение молекулы в пространстве. Одноатомная молекула имеет три степени свободы ( независимых поступательных движения вдоль осей координат в пространстве ) -рис. 1, а. Двухатомная молекула - 5 степеней свободы (к трем
3 Zf
Zf
л
л
f...-ч
А
? Y
а
б
в
Рис.1
независимым поступательным движениям в пространстве добавляются два независимых вращения относительно осей, перпендикулярных оси молекулы ) - рис.1, б. Наконец, все остальные молекулы газа - назовем их многоатомными (трех-, четырехатомные и т.д.) - имеют по 6 степеней свободы: три независимых поступательных движения и три независимых вращения - рис. 1, в.
Постулат Больцмана утверждает, что каждое независимое движение молекулы обладает одинаковой энергией, значение
которой равно ^kT. Используя этот постулат, можно получить
формулу для суммарной кинетической энергии всех движений всех молекул газа U - эту характеристику в молекулярно-кинетической теории называют внутренней энергией:
здесь N - число молекул газа в сосуде; т - масса газа в сосуде; M -молярная масса газа; Na = 6,02-IO22 моль-' - число молекул в моле газа. Постоянную величину R - к N^ =8,31 Дж/(моль-К) называют универсальной газовой постоянной.
Скалярная физическая величина р, равная отношению силы, действующей со стороны газа на стенку сосуда перпендикулярно ей, к площади стенки называется давлением газа:
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории
связывает давление газа со средней кинетической энергией беспорядочного поступательного движения (Wk) формулой
4 N
где N - число молекул газа; V - объем сосуда; п = ~
концентрация молекул газа в сосуде. Укажем формулы, с помощью которых можно определить среднюю квадратичную скорость молекулы газа:
