падения и высоту, на которую поднято тело над поверхностью с нулевым
потенциалом, называют потенциальной энергией тела. Изменение потенциальной
энергии характеризует работу силы тяжести по перемещении тела. Эта работа
равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком.
Тело находящееся ниже поверхности земли, имеет отрицательную потенциальную
энергию. Потенциальную энергию имеют не только поднятые тела. Рассмотрим
работу, совершаемую силой упругости при деформации пружины. Силу упругости
прямо пропорциональна деформации, и ее среднее значение будет равно[pic],
работа равна произведению силы на деформацию[pic], или же [pic]. Физическая
величина, равная половине произведения жесткости тела на квадрат деформации
называется потенциальной энергией деформированного тела. Важной
характеристикой потенциальной энергии является то, что тело не может
обладать ею, не взаимодействуя с другими телами.
Потенциальная энергия характеризует взаимодействующие тела, кинетическая –
движущиеся. И та, и другая возникают в результате взаимодействия тел. Если
несколько тел взаимодействую между собой только силами тяготения и силами
упругости, и никакие внешние силы на них не действуют (или же их
равнодействующая равна нулю), то при любых взаимодействиях тел работа сил
упругости или сил тяготения равна изменению потенциальной энергии, взятой с
противоположным знаком. В то же время, по теореме о кинетической энергии
(изменение кинетической энергии тела равно работе внешних сил) работа тех
же сил равна изменению кинетической энергии.
[pic].
Из этого равенства следует, что сумма кинетической и потенциальной энергий
тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой силами
тяготения и упругости, остается постоянной. Сумма кинетической и
потенциальной энергий тел называется полной механической энергией. Полная
механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих между собой
силами тяготения и упругости, остается неизменной. Работа сил тяготения и
упругости равна, с одной стороны, увеличению кинетической энергии, а с
другой – уменьшению потенциальной, то есть работа равна энергии,
превратившейся из одного вида в другой
2) Непрерывный и линейчатый спектры. Спектры испускания и поглощения.
Спектральный анализ и его применение.
Спектр излучения (или поглощения) — это набор волн определенных частот,
которые излучает (или поглощает) атом данного вещества.
Спектры бывают сплошные, линейчатые и полосатые.
Сплошные спектры излучают все вещества, находящиеся в твердом или жидком
состоянии. Сплошной спектр содержит волны всех частот видимого света и
поэтому выглядит как цветная полоса с плавным переходом от одного цвета к
другому в таком порядке: Красный, Оранжевый, Желтый, Зеленый, Синий и
Фиолетовый (Каждый Охотник Желает Знать, где Сидит Фазан).
Линейчатые спектры излучают все вещества в атомарном состоянии. Атомы всех
веществ излучают свойственные только им наборы волн вполне определенных
частот. Как у каждого человека свои личные отпечатки пальцев, так и у атома
данного вещества свой, характерный только ему спектр. Линейчатые спектры
излучения выглядят как цветные линии, разделенные промежутками. Природа
линейчатых спектров объясняется тем, что у атомов конкретного вещества
существуют только ему свойственные стационарные состояния со своей
характерной энергией, а следовательно, и свой набор пар энергетических
уровней, которые может менять атом, т. е. электрон в атоме может переходить
только с одних определенных орбит на другие, вполне определенные орбиты для
данного химического вещества.
Полосатые спектры излучаются молекулами. Выглядят полосатые спектры подобно
линейчатым, только вместо отдельных линий наблюдаются отдельные серии
линий, воспринимаемые как отдельные полосы.
Характерным является то, что какой спектр излучается данными атомами, такой
же и поглощается, т. е. спектры излучения по набору излучаемых частот
совпадают со спектрами поглощения. Поскольку атомам разных веществ
соответствуют свойственные только им спектры, то существует способ
определения химического состава вещества методом изучения его спектров.
Этот способ называется спектральным анализом. Спектральный анализ
применяется для определения химического состава ископаемых руд при добыче
полезных ископаемых, для определения химического состава звезд, атмосфер,
планет; является основным методом контроля состава вещества в металлургии и
машиностроении.
Билет №7
1) Оновные положения МКТ и их опытное обоснование. Броуновское движение.
Масса и размеры молекул.
Молекулярно-кинетическая теория — это раздел физики, изучающий свойства
различных состояний вещества, основывающийся на представлениях о
существовании молекул и атомов, как мельчайших частиц вещества. 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 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. Явление диффузии —
способность молекул одного вещества проникать в промежутки между молекулами
другого — тоже подтверждает основные положения МКТ. Явлением диффузии
объясняется, например, распространение запахов, смешивание разнородных
жидкостей, процесс растворения твердых тел в жидкостях, сварка металлов
путем их расплавле-ния или путем давления. Подтверждением непрерывного
хаотического движения молекул является также и броуновское движение —
непрерывное хаотическое движение микроскопических частиц, нерастворимых в
жидкости.
Движение броуновских частиц объясняется хаотическим движением частиц
жидкости, которые сталкиваются с микроскопическими частицами и приводят их
в движение. Опытным путем было доказано, что скорость броуновских частиц
зависит от температуры жидкости. Теорию броуновского движения разработал А.
Эйнштейн. Законы движения частиц носят статистический, вероятностный
характер. Известен только один способ уменьшения интенсивности броуновского
движения — уменьшение температуры. Существование броуновского движения
убедительно подтверждает движение молекул.
Любое вещество состоит из частиц, поэтому количество вещества принято
считать пропорциональным числу частиц, т. е. структурных элементов,
содержащихся в теле, v.
Единицей количества вещества является моль. Моль — это количество вещества,
содержащее столько же структурных элементов любого вещества, сколько
содержится атомов в 12 г углерода С12. Отношение числа молекул вещества к
количеству вещества называют постоянной Авогадро:
na = N/v. na = 6,02 • 1023 моль-1.
Постоянная Авогадро показывает, сколько атомов и молекул содержится в одном
моле вещества. Молярной массой называют величину, равную отношению массы
вещества к количеству вещества:
М = m/v.
Молярная масса выражается в кг/моль. Зная молярную массу, можно вычислить
массу одной молекулы:
m0 = m/N = m/vNA = М/NA
Средняя масса молекул обычно определяется химическими методами, постоянная
Авогадро с высокой точностью определена несколькими физическими методами.
Массы молекул и атомов со значительной степенью точности определяются с
помощью масс-спектрографа.Массы молекул очень малы. Например, масса
молекулы воды: т = 29,9 •10 -27 кг.
Молярная масса связана с относительной молекулярной массой Mr.
Относительная молярная масса — это величина, равная отношению массы
молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода С12. Если известна
химическая формула вещества, то с помощью таблицы Менделеева может быть
определена его относительная масса, которая, будучи выражена в килограммах,
показывает величину молярной массы этого вещества.
Диаметром молекулы принято считать минимальное расстояние, на которое им
позволяют сблизиться силы отталкивания. Однако понятие размера молекулы
является условным. Средний размер молекул порядка 10-10 м.
2) Колебательное движение молекул в природе и технике. Гармонические
колебания. Амплитуда, период, частота и фаза колебаний. Опредеолить опытным
путём частоту предложенной колебательной системы.
Механическими колебаниями называют движения тел, повторяющиеся точно или
приблизительно одинаково через одинаковые промежутки времени. Силы,
действующие между телами внутри рассматриваемой системы тел, называют
внутренними силами. Силы, действующие на тела системы со стороны других
тел, называют внешними силами. Свободными колебаниями называют колебания,
возникшие под воздействием внутренних сил, например – маятник на нитке.
Колебания под действиями внешних сил – вынужденные колебания, например –
поршень в двигателе. Общим признаков всех видов колебаний является
повторяемость процесса движения через определенный интервал времени.
Гармоническими называются колебания, описываемые уравнением [pic]. В
частности колебания, возникающие в системе с одной возвращающей силой,
пропорциональной деформации, являются гармоническими. Минимальный интервал,
через который происходит повторение движения тела, называется периодом
колебаний Т. Физическая величина, обратная периоду колебаний и
характеризующая количество колебаний в единицу времени, называется частотой
[pic]. Частота измеряется в герцах, 1 Гц = 1 с-1. Используется также
понятие циклической частоты, определяющей число колебаний за 2( секунд
[pic]. Модуль максимального смещения от положения равновесия называется
амплитудой. Величина, стоящая под знаком косинуса – фаза колебаний, (0 –
начальная фаза колебаний. Производные также гармонически изменяются, причем
[pic], а полная механическая энергия при произвольном отклонении х (угол,
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
