волновому процессу. Если размер щели значительно больше, чем длина волны,
то волна проходит сквозь щель почти не изменяя своей формы, лишь по краям
будут небольшие искривления
Звуковые волны.
Звуковая волна- последовательность сжатий и разряжений упругой среды
(продольная волна), распространяющаяся с определенной скоростью. Сжатия и
разряжения вызывают колебания давления. Человеческое ухо улавливает
колебания с диапазоном частоты 17 Гц(20000 Гц. Звуковые волны в вакууме не
распространяются.
Скорость звука.
Скорость в воздухе при температуре t=1(C (=332 м/с, при повышении
температуры на один градус скорость увеличивается на 0,6 м/с. Она не
зависит от частоты колебаний и от давления. В различных средах скорость
звука разная: в водороде- 1270 м/с, в воде- 1450 м/с, в железе- 5000м/с.
Громкость и высота звука.
Громкость звука- сила звука и ее ощущение. Она зависит от амплитуды
колебаний (чем больше амплитуда, тем громче звук). Высота звука зависит от
частоты колебаний (чем больше частота, тем выше высота звука).
2.Молекулярная физика и термодинамика.
2.1.Основы молекулярно-кинетической теории.
Основные положения МКТ и их опытное обоснование.
1)Все вещества состоят из мельчайших частиц- молекул.
2)Молекулы находятся в беспрерывном хаотическом движении.
3)Между молекулами существуют силы взаимодействия- притяжения и
отталкивания.
4)Молекулы любого вещества разделены промежутками.
Молекула- мельчайшая частица вещества, обладающая всеми его свойствами.
Броуновское движение.
В 1827 г. английский ботаник Броун заметил движение пылинок в капле воды.
Масса и размер молекул.
Относительная молекулярная масса- число, показывающее во сколько раз масса
молекулы данного вещества больше 1/12 массы молекулы углерода (1,66 10-27).
Количество вещества- физическая величина, пропорциональная числу
структурных элементов системы. Молярная масса- масса вещества, взятого в
количестве 1 моль. М=m0NА. (=m/M, (=N/NA, N=NAm/M
Моль вещества.
Моль- количество вещества, масса которого в граммах равна молекулярной
массе. Число Лошмидта показывает сколько молекул при нормальных условиях
находится в единице объема. Оно равно 2,7 1025 м-3.
Постоянная Авогадро.
NА=6,02 1023 моль-1- число Авогадро. Оно показывает, какое число молекул
содержится в моле. Опытным путем было доказано, что в моле любого вещества
содержится одно и то же число молекул.
Характер движения молекул в газах, жидкостях и твердых телах.
В газах при нормальном атмосферном давлении молекула двигалась бы
прямолинейно, если бы не было других молекул. В реалии это не так, поэтому
направление и скорость молекул беспрерывно меняются. В жидкостях молекулы
расположены практически вплотную друг к другу, и поэтому их движение
напоминает «топтание на месте» в окружении тех же соседей. В твердых телах
каждая молекула совершает колебательное движение около своего положения
равновесия, причем направление, вдоль которого совершаются эти колебания, и
их амплитуда беспрерывно меняются.
Тепловое равновесие.
Тепловое равновесие- состояние физической системы, при котором все ее
компоненты имеют одинаковую температуру.
Температура и ее физический смысл.
Температура- важнейший микропараметр системы.
Свойства: 1)характеризует внутреннее состояние тела, 2)температура тел,
находящихся в тепловом контакте выравнивается.
Термодинамическое равновесие- такое состояние, при котором все
макропараметры остаются неизменными сколько угодно долго.
Измерение температуры:
тело необходимо привести в тепловой контакт с термометром;
масса термометра должна быть значительно меньше массы тела;
показания термометра следует отсчитывать после наступления теплового
равновесия.
Физический смысл температуры: температура- мера средней кинетической
энергии молекул (мера интенсивности движения молекул).
Шкала температур Цельсия.
Шкала Цельсия измеряет температуру, опираясь на температуру таяния льда при
нормальном давлении и температуру кипения воды при том же давлении.
Идеальный газ.
1)Молекула не имеет собственного объема, то есть представляет собой
материальную точку.
2)Время столкновения молекул друг с другом значительно меньше, чем время
между двумя столкновениями.
3)взаимодействие молекул газа происходит только при столкновениях, которые
являются упругими.
4)Межмолекулярные силы взаимодействия отсутствуют.
Основное уравнение МКТ идеального газа.
F=ma=m(v-v0)/t ( Ft=m(v
F(t=(mv- закон импульса
F(t=((m0vX)=vXm0-(-vXm0)=2m0vX, (t=2L/vX ( F=m0vx2/L, F=Nm0v2/3L,
P=1/3nm0v2
Это уравнение называется уравнение Клаузиса. Следствия: 1)P=1/3(v2,
2)P=2/3Ekn.
Средняя кинетическая энергия молекул и температура.
Температура, выраженная в шкале Кельвина, пропорциональна средней
кинетической энергии молекул P/n=const. P/n=2/3EK. P/n=kT. 2/3EK=kT,
EK=3/2kT. k=R/NA. k- константа Больцмана.
Постоянная Больцмана.
k=R/NA- константа Больцмана. k=1,38 10-23Дж/К Она связывает температуру в
энергетических единицах с температурой в Кельвинах. Физический смысл
температуры: температура- мера средней кинетической энергии поступательного
движения молекул.
P=2/3EKn=2/3*3/2kT=nkT- закон Авогадро.
Абсолютная температурная шкала.
В системе «си» принята так называемая термодинамическая шкала - шкала
Кельвина. По ней за 0 принимается температура, при которой прекращается
тепловое движение молекул. 0оС=273 К.
Уравнение Клапейрона- Менделеева (уравнение состояния идеального газа)
Это уравнение, связывающее макропараметры между собой.
P=nkT=kTN/V
PV/T=kmNA/M=kNAm/M
Универсальная газовая постоянная.
kNA- универсальная газовая постоянная R. R=8,31 Дж/Кмоль.
PV/T=Rm/M=R(
R численно равна работе против внешних сил, которую совершает при изобарном
расширении 1 моль идеального газа при нагревании на 1 К.
Изотермический, изохорический, изобарный процессы.
Еще до создания МКТ идеального газа его свойства изучались:
изотермический закон (Бойля- Мариотта): Т=const ( PV=const
изохорический закон (Шарля): V=const ( P/Т=const
изобарический закон (Гей Люссака): P=const ( V/Т=const
2.2.Элементы термодинамики.
Термодинамическая система.
Термодинамическая система- система, в которой тела могут обмениваться
энергией между собой и с окружающей средой. Термодинамической может быть
любая система, состоящая из большого числа составляющих. Она может быть
физически (одинаковы состав и физические свойства) и химически (состоит из
одного химического вещества) однородной.
Внутренняя энергия системы.
Это сумма кинетических энергий хаотического движения молекул и
потенциальная энергия их взаимодействий. Ее можно изменить совершением
работы (над телом или телом) или теплопередачей (теплопроводность,
конвекция, излучение).
Теплопроводность- процесс передачи внутренней энергии от одних частей тела
к другим.
Конвекция- теплообмен, который происходит при перемещении неравномерно
нагретых жидкостей или газов под действием силы тяжести.
Излучение- теплопередача, определяемая только наличием температуры тела.
EK=kT(/2; (- число степеней свободы. U=(RT(/2
Количество теплоты и работа как мера изменения внутренней энергии.
Количество теплоты- энергия, переданная в процессе теплопередачи.
Количество теплоты- это мера изменения энергии и имеет смысл только при
процессах обмена энергии. Q=(U- изменение внутренней энергии. Работа:
A=F(h=PS(h=P(V.
Теплоемкость тела.
Q=cm(T, C=QM/m(T; С=(Q/(t.
с (удельная теплоемкость вещества)- количество теплоты, которое получает
или отдает 1 кг вещества при изменении его температуры на 1(С.
С (молярная теплоемкость)- количество теплоты, которое получает или отдает
1 моль вещества при изменении его температуры на 1(С.
Понятие об адиабатическом процессе.
Адиабатический процесс- процесс, в ходе которого система не получает и не
отдает энергию в процессе теплообмена. Q=0 ( -(U=A
Адиабатный процесс может проходить с совершением работы против внешних сил
и без нее. Q=0; A=-(U=-cVm(T=-CV(T=-CV(T2-T1)=-CV(P2V2-P1V1)/R=-CV(P2V2-
P1V1)/(CP-CV)=-CV(P2V2-P1V1)/CV((-1)=-(P2V2-P1V1)/((-1).
Уравнение Пуассона: PV( = const.
Первый закон термодинамики.
Первый закон термодинамики- закон сохранения энергии в тепловых процессах:
теплота, переданная системе, идет на увеличение внутренней энергии и на
совершение работы.
Применение первого закона термодинамики к изопроцессам.
Количество теплоты, сообщенное системе извне, расходуется на изменение ее
внутренней энергии и на работу, совершаемую системой против внешних сил.
Q=(U+Aвнешних сил
Следствия:
A=0 ( Q=(U (Q=(cm(t, Q=((m, Q=(Lm)
Q=0 ( A=-(U
(U=0 ( Q=A
Термодинамические процессы:
T=const ( (U=0 ( QT=A
V=const ( (V=0, A=0 ( QV=(U
3)P=const ( QP=(U+A=(U+P(V=QV+P(V.
Расчет работы газа с помощью PV-диаграмм.
A=(P((V(. Если объем увеличивается, то работа взята со знаком +, если
уменьшается, то -. При изобарическом процессе A=P(V2-V1).
Теплоемкость одноатомного идеального газа при изохорном и изобарном
процессах.
C=(Q/(t=(U/(t+(A/(t; (t=(T. V=const: CV=(U/(T=3mR/2(. P=const:
CP=(U/(T+P(V/(T=3mR/2(+mR/(=5mR/2(.
Необратимость процессов в природе.
Первое начало термодинамики не налагает никаких ограничений на возможность
перераспределения энергии внутри изолированной системы. То есть можно
утверждать, что менее нагретое тело может отдавать свою энергию более
нагретому. Направление процессов определяется вторым началом термодинамики.
Существует функция, называемая энтропией (), которая обладает тем
свойством, что при всех реально протекающих процессах она возрастает.
(S=(Q/T, где (Q- тепло, получаемое или отдаваемое телом, T- температура
тела.
Второй закон термодинамики.
Невозможно провести теплоту от холодного тела к горячему, не совершая
работы.
Физические основы работы тепловых двигателей.
Тепловой двигатель- устройство, преобразующее теплоту в механическую
энергию. Физические принципы, лежащие в основе устройства тепловых машин,
являются следствием второго закона термодинамики. Рабочее топливо (газ)
может расширяться только до тех пор, пока его давление больше атмосферного.
Его расширение заканчивается, когда давление уравновешивается (рано или
поздно это произойдет). Чтобы заставить газ снова работать, надо вернуть
его в первоначальное состояние. Это можно сделать, совершив работу над
газом, ( работа любого теплового двигателя должна состоять из периодически
повторяющихся циклов расширения и сжатия.
КПД теплового двигателя и его максимальное значение.
Если работа сжатия равна работе расширения, то за цикл полезной работы нет.
Чтобы иметь выгоду, надо, чтобы работа сжатия была меньше, чем работа
расширения. Для этого нужно, чтобы каждому значению объема соответствовало
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
