Сегодня: пятница, 24 июля 2015 г.

Тема : Основы молекулярной физики и термодинамики 1. Предмет и методы исследования 2. Термодинамические системы, параметры, процессы 3. Уравнение состояния. Идеальный газ и его законы 4. Основное уравнение МКТ идеального газа 5. Закон Максвелла о распределении молекул ИГ 6. Барометрическая формула. Распределение Больцмана 7. Явления переноса

Молекулярная физика – раздел физики, изучающий свойства вещества на основе молекулярно- кинетической теории (МКТ). МКТ – теория строения вещества, изучающая зависимость свойств различных тел от их атомарного или молекулярного строения. В основе МКТ лежат три положения: 1) вещество состоит из микроскопических частиц, разделенных промежутками; 2) частицы, из которых состоит вещество, находятся в непрерывном беспорядочном тепловом движении, интенсивность которого зависит от температуры вещества; 3) частицы взаимодействуют друг с другом посредством сил притяжения и отталкивания, имеющих электромагнитную природу. 1. Предмет и методы исследования

Термодинамика – раздел физики, изучающий свойства макроскопических систем (МС) на основе термодинамического метода исследования (ТМ). ТМ – метод исследования физических явлений, не рассматривающий ни внутреннее строение МС, ни характер движения их структурных элементов (молекул, атомов, ионов, электронов). Для описания происходящих в исследуемых физических системах процессов ТМ использует макроскопические параметры т.е. физические величины (такие как давление, объем, температура), характеризующие состояние МС без учета их молекулярного строения.

Статистический метод (СМ) описывает наблюдаемые макроскопические свойства тел (МСТ) как результат суммарного действия большого числа составляющих эти тела структурных элементов. СМ опирается на математический аппарат теории вероятностей. Он оперирует с усредненными значениями таких физических характеристик атомов и молекул, как скорость, импульс, энергия. СМ лежит в основе молекулярной физики, иначе называемой статистической физикой. СМ и ТМ, описывая одни и те же процессы, по сути своей качественно различны и тем самым дополняют друг друга. Их сходство заключается в том, что оба эти метода, так же, как и оба использующих их раздела физики, исследуют поведение систем, обусловленное большим количеством содержащихся в них атомов и молекул.

Термодинамическая система (ТС) – совокупность макроскопических тел, между которыми возможен обмен энергией и веществом как друг с другом, так и с не входящими в систему телами – внешней средой. 2. Термодинамические системы, параметры, процессы

Виды ТСХарактеристика ТС ОТКРЫТАЯ Обменивается веществом с внешней средой ЗАКРЫТАЯ Не обменивается веществом с внешней средой ИЗОЛИРОВАННАЯ Не обменивается веществом и энергией с внешней средой ЗАМКНУТАЯ Не обменивается энергией с внешней средой путем совершения работы АДИАБАТНАЯ Не обменивается энергией с внешней средой путем теплообмена

Термодинамические параметры (ПС) – совокупность однозначно определяющих состояние термодинамической системы физических величин, которые могут быть измерены в эксперименте Классификация ПСХарактеристика ПС Внешние параметры характеризуют воздействие на ТС внешних тел и полей Внутренние параметры определяют внутреннее состояние системы Экстенсивные параметры, значение которых пропорционально количеству вещества в ТС Интенсивные параметры, значение которых не зависит от количества вещества в ТС

Равновесное состояние - состояние ТС, в котором характеризующие ее параметры при постоянных внешних условиях не изменяются со временем, а также в системе отсутствуют потоки энергии, вещества и др. Неравновесное состояние – состояние ТС, в котором какие-либо ее ПС не имеют определенного значения, т.е. различны в разных точках системы

Термодинамический процесс (ТП) – переход ТС из одного состояния в другое, т.е. любое изменение состояния системы, при котором изменяется значение хотя бы одного из описывающих ее ПС. Равновесный процесс – термодинамический процесс, в котором система проходит непрерывный ряд бесконечно близких равновесных состояний. Равновесный процесс - бесконечно медленный и поэтому достаточно медленные реальные процессы по своим свойствам приближаются к равновесным (квазистатическим).

Классификация ТПХарактеристика ТП Изотермический процесс, при котором температура системы остается неизменной Изохорный процесс, при котором система сохраняет свой объем Изобарный процесс, совершающийся при постоянном давлении Адиабатный процесс, который не сопровождается теплообменом между ТС и ВС

УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ТС – УРАВНЕНИЕ, СВЯЗЫВАЮЩЕЕ ЛЮБОЙ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ПАРАМЕТР С ПАРАМЕТРАМИ, ПРИНЯТЫМИ В КАЧЕСТВЕ НЕЗАВИСИМЫХ ПЕРЕМЕННЫХ. ДАВЛЕНИЕ P-скалярная физическая величина, определяемая нормальной силой действующей на единицу площади 3. Уравнение состояния. Идеальный газ и его законы

Удельный объем вещества – объем единицы его массы. Удельный объем термодинамической системы - отношение объема V системы к ее массе m: Температура – скалярная физическая величина, которая служит мерой интенсивности теплового движения атомов, молекул и других частиц и характеризует равновесное состояние ТС.

Температурная шкала Реперные точки Международная практическая Температура замерзания воды при давлении Па, принятая за Температура кипения воды при том же давлении, принятая за Термодинамическая Тройная точка воды (температура, при которой лед, вода и насыщенный пар при давлении 609 Па находятся в термодинамическом равновесии). Температура этой точки по термодинамической шкале равна 273,16 К. Единица измерения температуры по этой шкале – кельвин – равен градусу Цельсия.

Идеальный газ (ИГ) – модель газа, удовлетворяющая следующим условиям: - размеры молекул ИГ во много раз меньше размеров сосуда, содержащего газ; - силы взаимодействия между молекулами ИГ отсутствуют; - соударения молекул ИГ со стенками сосуда и столкновения между собой являются абсолютно упругими.

Законы изопроцессов Математическая запись закона Формулировка закона Бойля - Мариотта Для данной массы газа при постоянной температуре давление газа обратно пропорционально объему Гей – Люссака При постоянном давлении объем газа пропорционален термодинамической температуре Шарля При постоянном объеме давление газа пропорционально термодинамической температуре

Уравнение Клайперона - Закон Авогадро: при одинаковых давлении и температуре молярный объем любых газов одинаков Уравнение Клайперона - Менделеева

Кинетическая теория газов – раздел классической статистической физики, изучающий физические свойства газов на основе статистического метода исследования. Важнейшая задача кинетической теории газов – вычисление давления идеального газа на основе МК представлений. 4. Основное уравнение МКТ идеального газа

5. Закон Максвелла о распределении молекул ИГ

6. Барометрическая формула. Распределение Больцмана