Билеты по физике (Теория)
 Скачать 2.41 Mb.
|
|
Билеты по физике (Теория) Основные физические модели кинематики. Материальная точка, абсолютно твердое тело. Механика — часть физики, которая изучает закономерности механического движения и причины, вызывающие или изменяющие это движение. Механическое движение — это изменение с течением времени взаимного расположения тел или их частей. Механика делится на три раздела: I) кинематику; 2) динамику; 3) статику. Кинематика изучает движение тел, не рассматривая причины, которые это движение обусловливают. Динамика изучает законы движения тел и причины, которые вызывают или изменяют это движение. Статика изучает законы равновесия системы тел. Если известны законы движения тел, то из них можно установить и законы равновесия. Поэтому законы статики отдельно от законов динамики физика не рассматривает. Мат. точка — тело, обладающее массой, размерами которого в данной задаче можно пренебречь. Понятие материальной точки — абстрактное, но его введение облегчает решение практических задач. Например, изучая движение планет по орбитам вокруг Солнца, можно принять их за материальные точки. Под воздействием тел друг на друга тела могут деформироваться, т. е. изменять свою форму и размеры. Поэтому в механике вводится еще одна модель — абсолютно твердое тело. Абсолютно твердым телом называется тело, которое ни при каких условиях не может деформироваться и при всех условиях расстояние между двумя точками (или точнее между двумя частицами) этого тела остается постоянным. Сплошна́я среда́ — механическая система, обладающая бесконечным числом внутренних степеней свободы. Её движение в пространстве, в отличие от других механических систем, описывается не координатами и скоростями отдельных частиц, а скалярным полем плотности и векторным полем скоростей. Описание движения материальной точки. Система отсчета. Радиус-вектор, координаты материальной точки. Вектор перемещения, вычисление вектора перемещения (модуля и направления) с помощью метода координат. Траектория движения материальной точки. Путь. Описание движения происходит несколькими способами: векторным, координатным, траекторный способ. Система отсчета – совокупность системы координат и часов, связанных с телом, относительно которого изучается движение. Радиус вектор, координаты мат.точки. Вектор r, проведенный из начала координат в место расположения материальной точки, называется её радиус-вектором. Вектор перемещения - это направленный отрезок, проведенный из начального положения материальной точки в ее конечное положение. Перемещением характеризуется изменение радиус-вектора точки. Траектория движения материальной точки – линия, описываемая этой точкой в пространстве. Путь – длина траектории, пройденной за время наблюдения. Закон движения (кинематическое уравнение движения) материальной точки. Движение материальной точки будет полностью определено, если заданы непрерывные и однозначные функции времени t: x = x(t), y = y(t), z = z(t). Эти уравнения описывают изменение координат точки от времени и называются кинематическими уравнениями движения. Равномерное прямолинейное движение. Закон равномерного прямолинейного движения материальной точки. Равномерное прямолинейное движение – это движение, при котором за любые равные промежутки времени тело совершает равные перемещения. Закон – это уравнение зависимости конечной координаты движущегося тела от времени движения. Скорость, мгновенная и средняя скорость. Как определить величину и направление вектора скорости из закона движения тела? Величина, которая характеризует быстроту изменения положения координаты, называется скоростью. Средняя скорость – это векторная величина, численно равная перемещению в единицу времени, и сонаправленная с вектором перемещения. Мгновенной скоростью называют предел, к которому стремится средняя скорость v при стремлении промежутка времени дельта t к 0. Направление вектора скорости определяется по траектории движения тела. Чтобы найти величину вектора скорости, нужно Ускорение. Мгновенное и среднее ускорение. Как определить величину и направление вектора ускорения из закона движения тела? Ускорением называют векторную величину, равную отношению изменения скорости тела к промежутку времени, в течении которого это изменение произошло. Мгновенным ускорением называется физическая величина, равная пределу отношения изменения скорости к промежутку времени, за который это изменение произошло, при стремлении промежутка времени к нулю. Среднее ускорение равно отношению изменения вектора скорости к промежутку времени, за который это изменение произошло. Модуль вектора ускорения направлен в сторону движения тела. Если тело тормозит, то абсолютное движение скорости уменьшается и проекция ускорения будет отрицательна. Если разгоняется, скорость растёт и проекция ускорения положительна. Прямолинейное равноускоренное движение материальной точки. Закон прямолинейного равноускоренного движения материальной точки. Прямолинейное равноускоренное движение — это движение, при котором скорость тела за любые равные промежутки времени изменяется одинаково, т. е. это движение с постоянным по модулю и направлению ускорением Закон: Движение в поле силы тяжести: 1) движение вдоль вертикали; 2) движение тела, брошенного под углом к горизонту. Тело, брошенное под углом 𝜑 к горизонту, движется под действием силы тяжести. Такое движение называют свободным падением. Ускорение при этом называют ускорением свободного падения⃗𝑔 . Оно направлено вертикально вниз и в условиях опыта может считаться постоянным по модулю. 1) 2) Движение заряженной частицы в однородном электрическом поле, когда направление поля и начальной скорости частицы взаимно перпендикулярны. Угловое перемещение. Угловое перемещение (угол поворота) - это угол, на который переместился радиус-вектор при перемещении тела из точки 1 в точку 2. Угловая скорость ее величина и направление, связь с линейными величинами. Угловая скорость – число оборотов за единицу времени выраженное в радианах. Она имеет направление вдоль мгновенной оси вращения совпадающее с направлением поступательного правого винта, если его вращать в сторону вращения тела. Связь: Точка, лежащая на окружности радиуса R, за один оборот пройдет путь 2πR. А так как, время одного оборота тела есть период Т, то модуль линейной скорости можно найти так: v=2πR/T=2πRν или v=ωR. чем дальше расположена точка тела от оси вращения, тем больше ее линейная скорость. Угловое ускорение, его величина и направление, связь с линейными величинами. Угловое ускорение – величина, характеризующая изменение скорости с течением времени. Векторная величина, равная производной угловой скорости по времени. Его направление связано с направлением движения правилом правого винта(правилом буравчика). Движение материальной точки по окружности с постоянной по модулю скоростью. Скорость материальной точки при движении по окружности. Движение тела по окружности с постоянной по модулю скоростью — это движение, при котором тело за любые равные промежутки времени описывает одинаковые дуги. Положение тела на окружности определяется радиусом- вектором r⃗ r→, проведенным из центра окружности. Движение точки по окружности является частным случаем криволинейного движения. Равномерное движение по окружности движение по окружности с неизменной по модулю скоростью: Ускорение материальной точки при движении по окружности. При движении по окружности (как при любом неравномерном криволинейном движении) ускорение можно разложить на две составляющие: тангенциальное ускорение ( a―τ ), которое направлено по касательной к траектории движения точки и характеризующее быстроту изменения модуля скорости v и центростремительной ускорение ( a―n ), направленное к центру кривизны траектории, определяющее быстроту изменения направления скорости. Величина нормальной (центростремительной) компоненты ускорения вычисляется при помощи формулы: При равномерном перемещении по окружности величина центростремительного ускорения постоянна ( an=const). Угловая скорость при равномерном движении по окружности является постоянной величиной, в этом случае ее называют циклической частотой. Тангенциальное ускорение при движении по окружности вычисляют, как и при любом криволинейном движении: Движение материальной точки по окружности с изменяющейся по модулю скоростью. Нормальная и тангенциальная составляющие ускорения в криволинейном движении. Тангенциальная составляющая ускоренияхарактеризует быстроту изменения величины (модуля) скорости. Тангенциальное ускорение всегда коллинеарно скорости. 1) Если тангенциальная составляющая ускорения сонаправлена со скоростью, то движение будет ускоренное. 2) Если тангенциальная составляющая ускорения противонаправлена скорости, то движение будет замедленным. Нормальная составляющая ускоренияхарактеризует быстроту изменения скорости по направлению. Нормальное ускорение всегда перпендикулярно скорости и направлено к центру по радиусу траектории, по которой движется тело. Величина нормального ускорения связана с радиусом траектории и со скоростью движения следующим соотношением: При прямолинейном движении тело имеет только тангенциальное ускорение. Нормальное ускорение отсутствует, так как скорость тела по направлению остаётся неизменной. При криволинейном движении, как правило, тело имеет тангенциальную и нормальную составляющую ускорения. Законы Ньютона. Область применимости Законы динамики Ньютона имеют ограниченную область применимости и справедливы для макроскопических тел, движущихся со скоростями ниже скорости света в вакууме, выполняются только в ИСО, неприменим к явл. микромира. 1 з. Н.:существуют такие системы отсчета, относительно которых тело (материальная точка) при отсутствии на него внешних воздействии (или взаимной компенсации) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. 2 з. Н.: под действием силы тело приобретает такое ускорение, что его произведение на массу тела равно действующей силе. 3 з.Н.: силы, с которыми взаимодействующие тела действуют друг на друга, равны по модулю и направлены по одной прямой в противоположные стороны. 1 з.Н. Существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, в которых тела движутся равномерно и прямолинейно, если на них не действуют никакие силы или действие других сил скомпенсировано. 2 з. Н. Ускорение тела (материальной точки) в инерциальной системе отсчета прямо пропорционально приложенной к нему силе и обратно пропорционально массе. 3 з.Н. Внешние и внутренние силы системы тел. силы, с которыми взаимодействующие тела действуют друг на друга, равны по модулю и направлены по одной прямой в противоположные стороны. Внешние силы - это силы, действующие на систему со стороны внешних тел. Внешние тела - это тела не входящие в систему. Внутренние силы - это силы, взаимодействующие между частями рассматриваемой системы. Импульс. Закон сохранения импульса. Импульс тела (материальной точки) - векторная величина, равная произведению массы тела на скорость тела. ЗСИ: векторная сумма импульсов тел, образующих замкнутую систему, не меняется при любых взаимодействиях между телами системы. Силы тяготения. Закон Всемирного тяготения. Силавсемирного тяготения — сила, с которой все тела притягиваются друг к другу. ЗВТ: Сила взаимного притяжения двух тел прямо пропорциональна произведению масс этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Вычисление ускорения свободного падения вблизи Земли. Силы трения. Сухое трение. Трение покоя. Вязкое трение. Трение – один из видов взаимодействия тел. Оно возникает при соприкосновении двух тел. Силами сухого трения называют силы, возникающие при соприкосновении двух твердых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки. Они всегда направлены по касательной к соприкасающимся поверхностям. Сухое трение, возникающее при относительном покое тел, называют трением покоя . Сила трения покоя всегда равна по величине внешней силе и направлена в противоположную сторону При движении твердого тела в жидкости или газе возникает силa вязкого трения . Сила вязкого трения значительно меньше силы сухого трения. Она также направлена в сторону, противоположную относительной скорости тела. При вязком трении нет трения покоя. Сила вязкого трения сильно зависит от скорости тела. Силы упругости. Закон Гука. Область применение закона Гука. Си́ла упру́гости — сила , возникающая в теле в результате деформации и стремящаяся вернуть его в исходное (начальное) состояние. Служит одним из примеров возвращающей силы. Закон Гука - сила упругости, возникающая при упругой деформации растяжения или сжатия тела, про- порциональна абсолютному значению изменения длины тела. Закон Гука применим в области упругих деформаций (в области небольших деформаций). Работа силы. Работа постоянной силы. Работа переменной силы. Работа постоянной силы: Работа переменной силы: Мощность. Мгновенная и средняя мощность. Мощность— физическая величина, показывающая, какая работа совершается за единицу времени. Мгновенной мощностью p(t) называют произведение приложенного к цепи мгновенного напряжения u(t) на мгновенное значение тока i(t) в этой цепи. График мгновенной мощности представлен на рисунке ниже Средняя мощность - это среднее значение мощности, измеренное ваттметром или иным измерительным прибором несколько раз. Энергия. Кинетическая энергия движущейся материальной точки (формула с выводом). Энергия – это универсальная и наиболее общая характеристика всех форм движения материи и их превращений друг в друга. Кинетическая энергия материальной точки— скалярная положительная величина, равная половине произведения массы точки на квадрат ее скорости. Силовые поля. Консервативные и неконсервативные (диссипативные) силы. Потенциальное поле. Сила, не являющаяся консервативной, называется неконсервативной силой. Неконсервативны все виды сил трения, сила Лоренца. Потенциальное поле - если работа сил поля, действующих на перемещающуюся в нём пробную частицу, не зависит от траектории частицы, и определяется только её начальным и конечным положениями, то такое поле называется потенциальным. Потенциальность однородного поля (на примере однородного поля сил тяжести вблизи Земли). Потенциал – это скалярная величина, численно равная работе по перемещению в гравитационном поле тела единичной массы из данной точки поля на бесконечность 29. Потенциальность центрального поля (на примере гравитационного взаимодействия). 30. Потенциальная энергия Ее неоднозначность. Связь между силой и потенциальной энергией. 31. Полная механическая энергия. Закон сохранения энергии в механике. Примеры и условия его выполнения. Полная механическая энергия: - характеризует движение и взаимодействие тел; и - является функцией скоростей и взаимного расположения тел. Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается неизменной. Ek2 – Ek1 = – (Ep2 – Ep1) или Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2. Примеры и условия его выполнения. Вращение планет вокруг солнца. Все планеты вращаются вокруг Солнца в течение определенного промежутка времени. Планеты обладают некоторой потенциальной энергией в своем положении относительно Солнца. Когда он вращается вокруг своей оси, он проявляет некоторую кинетическую энергию. Механическая энергия формируется с учетом как KE, так и PE. Из законов сохранения механической энергии следует, что на нее не будут действовать никакие силы, кроме силы тяжести для замкнутой системы. Поскольку в космосе нет внешних сил, система планета-солнце будет проявлять механическую силу при различных инстинктах. 32.Изменение полной механической энергии при наличии диссипативных сил. Примеры. 33.Виды равновесия. Энергетические условия равновесия тела. Устойчивое равновесие - это равновесие, при котором тело, выведенное из состояния устойчивого равновесия, стремится вернуться в начальное положение. Неустойчивое равновесие — это равновесие, при котором тело, выведенное из положения равновесия и предоставленное самому себе, будет еще больше отклоняться от положения равновесия. Безразличное равновесие системы — равновесие, при котором после устранения причин, вызвавших малые отклонения, система остается в покое в этом отклоненном состоянии 34.Векторное произведение двух векторов. 35.Момент силы относительно точки и оси. Определения и примеры вычисления. d – плечо силы (расстояние от линии действия силы до оси вращения) ( Всё направлено вдоль оси вращения) 36.Момент инерции тела. Его вычисление. Это скалярная величина, которая показывает, насколько трудно изменить скорость вращения объекта вокруг текущей оси вращения. Иными словами, во вращательном движении тело вращается вокруг фиксированной оси. Каждая частица в теле движется по кругу с линейной скоростью, то есть каждая частица движется с угловым ускорением. 46) 47) 48) 49) 50) 51) 52,53) 54) 55) Инвариантность закона сохранения энергии относительно различных ИСО. Закон сохранения механической энергии: в системе тел, между которыми действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется, т. е. не изменяется со временем. Консервативные силы действуют только в потенциальных полях, характеризующихся тем, что работа, совершаемая действующими силами при перемещении тела из одного положения в другое, не зависит от того, по какой траектории это перемещение произошло, а зависит только от начального и конечного положений. Если работа, совершаемая силой, зависит от траектории перемещения тела из одной точки в другую, то такая сила называется диссипативной (например сила трения). Инерциальная система отсчёта (ИСО) — система отсчёта, в которой все свободные тела движутся прямолинейно и равномерно либо покоятся. Существование систем, обладающих указанным свойством, постулируется первым законом Ньютона. Весьма важным для понимания законов природы является принцип инвариантности относительно сдвигов в пространстве и во времени, т. е. параллельных переносов начала координат и начала отсчета времени. Он формулируется так: смещение во времени и в пространстве не влияет на протекание физических процессов. Инвариантность непосредственно связана с симметрией, представляющей собой неизменность структуры материального объекта относительно его преобразований, т. е. изменения ряда физических условий. В широком смысле симметрия означает инвариантность как неизменность свойств системы при некотором изменении (преобразовании) ее параметров. Наглядным примером пространственных симметрии физических систем является кристаллическая структура твердых тел. Симметрия кристаллов – закономерность атомного строения, внешней формы и физических свойств кристаллов. Она заключается в том, что кристалл может быть совмещен с самим собой путем поворотов, отражений, параллельных переносов и других преобразований симметрии. Симметрия свойств кристалла обусловлена симметрией его строения. 56) Принцип относительности Галилея 57) Опыт Майкельсона. Постулаты Эйнштейна. (Постулаты СТО). Принцип относительности Эйнштейна. Опыт Майкельсона — Мо́рли — экспериментальная попытка обнаружить существование светоносного эфира, гипотетической среды, заполняющей пространство, которая считалась носителем световых волн. Эксперимент был проведён в период с апреля по июль 1887 года американскими физиками Альбертом Майкельсоном и Эдвардом У. Постулаты Эйнштейна Принцип относительности (принцип относительности Эйнштейна) — фундаментальный физический принцип, один из принципов симметрии, согласно которому все физические процессы в инерциальных системах отсчёта протекают одинаково, независимо от того, неподвижна ли система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения. 58) Относительность одновременности двух событий. Примеры 59) Преобразования Лоренца. Основополагающие положения и вывод формулы. 60) Следствия из преобразований Лоренца 1) Релятивистское удлинение промежутков времени (с выводом формулы из преобразований Лоренца). 2) Релятивистское сокращение длины (с выводом из формулы из преобразований Лоренца) 3) Релятивистский закон сложения скоростей 61) 62) Релятивистский импульс. Зависимость массы от скорости. 63) Релятивистская энергия. Связь между релятивистской энергией и импульсом. 73- 74. закон: произведение объема данной массы гaзa на его давление при неизменной температуре есть величина постоянная. (PV=const) Изотермич. процесс – T=const Закон Шарля — давление данной массы идеального газа при постоянном объеме прямо пропорционально абсолютной температуре V=const P=const Закон - для данной массы газа отношение объема газа к его температуре постоянно, если давление газа не меняется. ГРАФИКИ 75. Статистический метод описания. В его основе лежат следующие представления: - свойства системы в целом определяются свойствами и характером движения частиц, ее составляющих; - в силу многочисленности частиц и большого числа столкновений их поведение носит случайный характер; - поведение системы в целом необходимо описывать не совокупностью координат и скоростей частиц, а усредненными характеристиками (средняя энергия, средняя плотность и т.д.). Основа статистического метода – теория вероятностей. Исходным понятием теории вероятностей является понятие события - появления или непоявления какого-либо признака в системе. События делятся на: • достоверные • невозможные • возможные (случайные) Макросостояние системы – это такое состояние системы, которое определяется заданием ее термодинамических параметров. Микросостояние системы – это состояние системы, определяемое заданием координат и скоростей (импульсов) всех частиц системы. Равновесное состояние системы - такое состояние, при котором ее макропараметры принимают определенное значение и остаются постоянными сколь угодно долго. Равновесным является такое состояние изолированной системы, в которое она переходит по истечении достаточно большого промежутка времени (в начальный момент времени состояние системы было неравновесным). Это время называют временем релаксации. Когда термодинамическая система находится в равновесии и ее макроскопические параметры фиксированы, с микроскопической точки зрения ее состояние не определено. Всякое макросостояние может быть осуществлено различными способами, каждому из которых соответствует некоторое микросостояние системы. Возможно очень большое число различных микросостояний, доступных системе при заданных ее макроскопических параметрах. Число микросостояний, соответствующих данному макросостоянию, называется статистическим весом макросостояни и обозначается W. При изменении макросостояния (при изменении ее термодинамических параметров (температура, давление, объем и т.д.)) изменяется и его статистический вес. Поэтому статистический вес макросостояния зависит от параметров состояния, т.е. является функцией состояния системы. Статистическим весом называют количество способов (микросостояний системы), которыми может быть реализовано данное макроскопическое состояние статистической системы. 76. В качестве основной функции, применяемой при статистическом методе описания, выступает функция распределения, которая определяет статистические характеристики рассматриваемой системы. Физический смысл функции распределения — это вероятность того, что случайная величина попадает в интервал от 0 до x. 77. Задача с применением функции распределения: 78. Распределение Максвелла проявляется в равновесных состояниях системы с очень большим числом частиц, когда характерным является хаотическое тепловое движение. Важность функции распределения частиц по скоростям хаотического теплового движения определяется тем, что она позволяет найти такие усредненные по частицам микроскопические параметры, как средняя скорость теплового движения (средний импульс), средняя кинетическая энергия одной частицы и т.д., которые определяют, соответственно, давление и температуру системы частиц – важнейшие параметры равновесного состояния. Распределение Максвелла — общее наименование нескольких распределений вероятности, которые описывают статистическое поведение параметров частиц идеального газа. 79- 81 Средняя к.энергия Среднеквадратичная скорость 82 Работа газа и ее вычисление для различных изопроцессов: изобарического, изотермического, изохорического. Внутренняя энергия тела может изменяться, если действующие на него внешние силысовершают работу (положительную или отрицательную). При расширении работа, совершаемая газом, положительна, при сжатии – отрицател 1 Изобарический 𝐴 𝑝 = ∫ 𝑉2 𝑉1 𝑝𝑑𝑉 = 𝑝 ∫ 𝑉2 𝑉1 𝑑𝑉 = 𝑝∆𝑉 V- объём 2 Изохорический 𝐴 𝑝 = ∫ 𝑉2 𝑉1 𝑝𝑑𝑉 = 0 тк. 𝑑𝑉 = 0 3 Изотермический 𝐴 𝑇 = ∫ 𝑉2 𝑉1 𝑝(𝑉)𝑑𝑉 = 𝑣𝑅𝑇 ∫ 𝑉2 𝑉1 𝑑𝑉 𝑉 = 𝑣𝑅𝑇 𝑙𝑛 𝑉2 𝑉1 83 Внутренняя энергия идеального газа и вычисление изменения внутренней энергии газа для изопроцессов: изобарического, изотермического, изохорического. При изотермическом процессе изменения внутренней энергии в идеальном газе не происходит и все подводимое к газу количество теплоты идет на совершение им работы. T = const, U = const, ΔU = 0, Q = A. При изохорном процессе объем газа остается постоянным. Соответственно, не совершается работа и внутренняя энергия газа изменяется исключительно за счет теплообмена с окружающей средой. (Индекс V означает, что процесс протекает при постоянном объеме). При изобарном процессе изменение внутренней энергии газа происходит как за счет теплообмена, так и за счет совершения механической работы. Если к газу подводится некоторое количество теплоты, то оно частично расходуется на увеличение внутренней энергии газа, частично на совершение газом работы при его расширении. p = const, A = p ΔV, Qp = ΔU + pΔV. (Индекс p означает, что процесс протекает при постоянном давлении). 84 Первое начало термодинамики. Его применение к изопроцессам: изобарическому, изотермическому, изохорическому. Первое начало термодинамики — один из трёх основных законов термодинамики, представляет собой закон сохранения энергии для термодинамических систем. Изменение внутренней энергии системы при переходе из одного состояния в другое рано сумме работы внешних сил и количества теплоты переданного системе ∆𝑈 = ±𝑄 ± 𝐴 𝑄 = ∆𝑈 + 𝐴 (первы постулаттермодинамики) Применение первого начала термодинамики к изопроцессам Изобарический процесс 𝐴 𝑝 = ∫ 𝑉2 𝑉1 𝑝𝑑𝑉 = 𝑝 ∫ 𝑉2 𝑉1 𝑑𝑉 = 𝑝∆𝑉 𝑄 = ∆𝑈 + 𝐴 = 𝑖+2(𝑣𝑅∆𝑇) 2 Изохорный процесс(V = const). При изохорном процессе газ не совершает работы над внешними телами, т.е 𝐴 𝑝 = ∫ 𝑉2 𝑉1 𝑝𝑑𝑉 = 0 тк. 𝑑𝑉 = 0 Q = ∆𝑈 = 𝑖𝑣𝑅 ∆ 𝑇 2 Изотермический процесс 𝐴 𝑇 = ∫ 𝑉2 𝑉1 𝑝(𝑉)𝑑𝑉 = 𝑣𝑅𝑇 ∫ 𝑉2 𝑉1 𝑑𝑉 𝑉 = 𝑣𝑅𝑇 𝑙𝑛 𝑉 2 𝑉 1 𝑄 = 𝐴 = 𝑣𝑅𝑇 𝑙𝑛 𝑉 2 𝑉 1 85 Изохорическая и изобарическая теплоемкости идеального газа. Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона. Изохорическая и изобарическая теплоемкости идеального газа Теплоёмкостью называют некую величину, численно равную количеству теплоты, приращённой системе, которая вызывает единичное приращение температуры этой системы Сама же теплоёмкость определяется видом термодинамического процесса с = С 𝜇 Изохорическая 𝐶 𝑉 = 1 𝑣 × 𝛿𝑄 𝑉 𝑑𝑇 = 𝑖𝑅 2 Изобарическая 𝐶 𝑝 = 1 𝑣 × 𝛿𝑄 𝑝 𝑑𝑇 = (𝑖 + 2)𝑅 2 С- молярная теплоёмкость, с- удельная теплоёмкость 𝜇 - молярная масса Адиабатический процесс-принцип применимости уравнения адиабаты Скорость процесса должна выполнять 2 требования 1) Скорость равновесного процесса должна быть медленной 2) Процес должен быть быстрым чтобы можно было пренебречь теплообменом с окружающей средой Вывод: 1)Газ должен охлаждаться при адиабатическом расширении. 2)Нагреваться при адиабатическом сжатии Уравнение Пувссона- Из 1-го закона Термодинамики для адиабатного процесса 𝛿 𝐴 = −𝑑𝑈 𝑖 + 2 2 = 𝛾 => 𝑖 2 = 1 1 − 𝛾 => 𝑈 = 𝑣𝑅𝑇 1 − 𝛾 = 𝑃𝑉 1 − 𝛾 из этог слудует что 𝑑𝑈 = 𝑃𝑑𝑉+𝑉𝑑𝑃 1−𝛾 а так как 𝛿 𝐴 = 𝑃𝑑𝑉 то 𝑃𝑑𝑉 = 𝑃𝑑𝑉+𝑉𝑑𝑃 1−𝛾 => 𝑑𝑝 𝑝 = −𝛾 𝑑𝑉 𝑉 => 𝑙𝑛 𝑝 = −𝛾 × 𝑙𝑛 𝑉 + 𝑙𝑛 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 𝑃𝑉 𝛾 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 (уравнение Пуассона) 𝑇𝑉 1−𝛾 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 𝑇 𝛾 𝑃 𝛾−1 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 86 Второе начало термодинамики. Его формулировки. Энтропия и ее свойства. Энтропия идеального газа и вычисление ее изменения для различных изопроцессов: изобарического, изотермического, изохорического, адиабатического. Второе начало термодинамики- Второе начало устанавливает критерий, позволяющий предсказать, может ли процесс идти самопроизвольно. Критерий 2 начало В изолированной системе возможны только такие процессы, при которых возрастает энтропия. 𝑑𝑈 = 𝛿𝑄 − 𝛿𝐴 Вывод: изменить внутреннюю энергию системы можно только 2 способами: совершив работу или теплопередачу т.е. путём воздействия других систем. В изолированной системе внутренняя энергия остаётся постоянной, невозможно совершить механическую работу, охлаждая только один источник теплоты. Формулировки Существуют несколько эквивалентных формулировок второго закона термодинамики: · Постулат Клаузиуса: «Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому» [1] (такой процесс называется процессом Клаузиуса). · Постулат Томсона (Кельвина): «Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счёт охлаждения теплового резервуара» (такой процесс называется процессом Томсона). Энтропия и ее свойства V = const, ΔV = 0, A = 0, ΔU = Q V Энтропия- ею называют функцию состояния системы определяемую 𝑑𝑆 = 𝛿𝑄 𝑇 Разность энтропии, определяющее изменение системы в результате термодинамического процесса. 𝑆 2 − 𝑆 1 = ∫ 2 1 𝛿𝑄 𝑇 Свойства 1) Энтропия определение с точностью до произвольной постоянной 2)Энтропия- величина аддитивная 𝑑𝑆 = ∑𝑑𝑆𝑖 3)При равновесном адиабатном процессе энтропия системы остаётся постоянной 4)В циклических процессах изменение энтропии = 0, если все процессы цикла обратимы и больше 0, если хотя бы один процесс обратим. |