Шпоры по физике 1 курс. шпоры физика. Физика наука изучающая общие свойства и законы движения вещества и поля

• Название: Физика наука изучающая общие свойства и законы движения вещества и поля
• Анкор: Шпоры по физике 1 курс
• Дата: 06.09.2022
• Размер: 381.57 Kb.
• Имя файла: шпоры физика.docx
• Тип: Закон; #665168
• страница: 2 из 3

Основной закон релятивистской динамики материальной точки:

F= ) или F= где p =mv = (релятивистский импульс мат.точки).
Пусть тело в системе отсчета K' обладает скоростью v', направленной по оси x' (и x): v=  . В системе отсчета K скорость этого тела будет v=  . Выясним каково соотношение между скоростями v' и v. Рассмотрим производную dt как отношение дифференциалов dx и dt , которые найдем, используя преобразования Лоренца:

dx= ; dt= ; v =

Разделим числитель и знаменатель правой части на dt' и получим:

v = ; v=

29

Релятивистская энергия-есть сумма собственной энергии частицы и релятивистской кинетической энергии .

E= ; E = m ;

Энергия и масса- это две взаимосвязанные характеристики любого физического объекта. Энергия тела или системы равна массе, умноженной на квадрат скорости света: E= ;

30

Молекулярная физика-это раздел физики изучающий макроскопические св-ва исходя из представлений об атомно-молекулярном строении в-ва и рассматривает теплоту как беспорядочное движение атомов и молекул.

Термодинамика-раздел физики в котором изучаются общие св-ва макроскопических систем находящихся в состоянии термодинамического равновесия и процесса перехода между этими состояниями.

Термодинамический метод- метод исследования систем, состоящих из большого числа частиц и оперирующий величинами, характеризующими всю систему в целом (например, объём, давление, температура), не рассматривая микроструктуры системы и проходящих в системе микропроцессов.

Статистический метод - метод исследования систем из большого числа частиц, оперирующий статистическими закономерностями и средними значениями физических величин, характеризующих всю совокупность частиц, например, средние значения скоростей теплового движения молекул и их энергий.

Термодинамические параметры, – это ряд физических величин, которые все вместе и каждая в отдельности могут дать характеристику наблюдаемой системе. К ним относятся такие понятия, как: температура и давление; концентрация, магнитная индукция; энтропия; энтальпия; энергии Гиббса и Гельмгольца и многие другие.

31

Идеа́льный газ — теоретическая модель, широко применяемая для описания свойств и поведения реальных газов при умеренных давлениях и температурах.

Свойства: 1) собственный объем газа мал но сравнению с объемом сосуда. 2) между молекулами отсутствуют силы взаимодействия. 3) столкновения молекул происходит по закону абсолютной упругости.

Уравнение состояния идеального газа: .

Закон Авогадро: В начале 19 века А. Авогадро предположил, что одинаковые объемы разных газов при одной температуре и давлении, содержат одинаковое число молекул. Закон Авогадро можно получить из молекулярно кинетической теории. Один моль любого газа при одинаковых условиях занимают одинаковые объемы. Для 1 моль: , где R= 8.31 Дж/моль*К.
Закон Дальтона: полное давление газа равно сумме пропорциональных давлений: P=P1+P2=(m1/M1+m2/M2+…)*R*T/V

32

основное уравнение МКТ идеального газа. Выведено в предположении, что давление газа есть результат ударов его молекул о стенки сосуда.
Давление идеального газа прямо пропорционально произведению массы молекулы, концентрации молекул и средней квадратичной скорости движения молекул.

- основное уравнение МКТ.

33

Температура есть мера средней кинетической энергии молекул. В этом и состоит молекулярно-кинетический смысл температуры. В частности при температуре T=0К прекращается всякое тепловое движение молекул.

Скорость хаотического (теплового) движения молекул характеризуется средней квадратичной скоростью:
34

Распределение Максвелла – в газе находящимся в состоянии теплового равновесия устанавливаются некоторые стационарные ( не изменяются со временем) распределения молекул по скоростям, которые вполне подчиняются определенному закону.

Распределение Больцмана – исходя из основного уравнения молекулярно-кинетической теории P=nkT, заменим P и P0 в барометрической формуле на n и n0 и получим распределение молекул во внешнем потенциальном поле (распределение Больцмана): или , где n0 и n – число молекул в еденичном объеме на высоте h0 и h.

Барометрическая формула — зависимость давления или плотности газа от высоты в поле силы тяжести в стационарных условиях: .

35

Внутренняя энергия идеального газа — в идеальных газах внутренняя энергия определяется как сумма кинетических энергий молекул. Между молекулами идеального газа отсутствуют силы притяжения и потенциальная энергия взаимодействия равна нулю. Это означает, что внутренняя энергия идеального газа рассматривается как сумма всех кинетических энергий молекул.

Число степеней свободы: механической системы называется количество независимых величин, е помощью которых может быть задано положение системы. Одноатомный газ имеет три поступательные степени свободы і = 3, так как для описания положения такого газа в пространстве достаточно трёх координат (х, у, z).

Л. Больцман установил закон равномерного распределения энергии молекул идеального газа по степеням свободы: на каждую степень свободы молекулы в среднем приходится одинаковая кинетическая энергия, равная kT/2.
36

Первое начало термодинамики. Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение работы над внешними телами: Q=∆U+A

В изобарном процессе A = pΔV = p (V2 – V1).

В изотермическом процессе ΔU = 0, и A = Q; вся теплота, переданная телу, идет на работу над внешними телами. Графически работа равна площади под кривой процесса на плоскости p, V.

37

Теплоемкость тела — это физическая величина, определяемая отношением количества теплоты, поглощенной телом при нагревании, к изменению его температуры:

Удельная теплоемкость — это способность разных веществ к поглощению теплоты при их нагревании.

Молярная теплоемкость — это физическая величина, равная отношению количества теплоты, поглощенного веществом при нагревании или выделенного при охлаждении, к количеству молей нем и изменению температуры:

Внутренняя энергия произвольного количества газа:

Уравнение Майера: С_р = С_v + R

Недостатки классической теории теплоёмкости.

1. 
   Не даёт объяснения зависимости С от Т.
   
2. 
   Непоследовательность: н-р двухатомная молекула и твёрдое тело (атом не точка!) i= 3+3 = 6, если атомы рассматривать как твёрдые тела, тоi= 12. Атомные системы представляются (моделируются) как макро системы с наложенными связями.
   
3. 
   Для металлов С = 3R, электронов газ. Его С не учитывается. Но по теории она должна была быть равной теплоёмкости решётки. Опыт –свободные электроны не вносят никакого вклада в теплоёмкость металлов.
   
4. 
   Опыт –эффективный вклад в теплоёмкость вносят не все, а только некоторые степени свободы.
   

38



39

1. Обратимым термодинамическим процессом называется термодинамический процесс, допускающий возможность возвращения системы в первоначальное состояние без того, чтобы в окружающей среде остались какие-либо изменения.

Необходимым и достаточным условием обратимости термодинамического процесса является его равновесность.

2. Необратимым термодинамическим процессом называется термодинамический процесс, не допускающий возможности возвращения системы в первоначальное состояние без того, чтобы в окружающей среде остались какие-либо изменения.

Все реальные процессы протекают с конечной скоростью. Они сопровождаются трением, диффузией и теплообменом при конечной разности между температурами системы и внешней среды. Следовательно, все они неравновесны и необратимы.

3. Всякий необратимый процесс в одном направлений (прямом) протекает самопроизвольно, а для осуществления его в обратном направлении так, чтобы система вернулась в первоначальное состояние, требуется компенсирующий процесс во внешних телах, в результате которого состояния этих тел .оказываются отличными от первоначальных

Круговым процессом, или циклом, называется такой процесс, в результате которого термодинамическое тело возвращается в исходное состояние.

Тепловой машиной называется периодический действующий двигатель, совершающий работу за счет получаемого извне тепла.

Любая тепловая машина работает по принципу кругового (циклического) процесса, т.е. возвращается в исходное состояние (рис. 5.1). Но чтобы при этом была совершена полезная работа, возврат должен быть произведен с наименьшими затратами. Полезная работа равна разности работ расширения и сжатия, т.е. равна площади, ограниченной замкнутой кривой.

Обязательными частями тепловой машины являются нагреватель (источник энергии), холодильник, рабочее тело (газ, пар).

Схема теплового двигателя: От термостата с более высокой температурой Т1, называемого нагревателем, за цикл отнимается количество теплоты Q1, а термостату с более низкой температурой Т2, называемому холодильником, за цикл передается количество теплоты Q2 и совершается работа A: A=Q1-Q2

Обратный цикл используется в холодильных машинах – периодически действующих установках, в которых за счет работы внешних сил теплота переносится к телу с более высокой температурой.

Системой за цикл поглощается при низкой температуре T2 количество теплоты Q2 и отдается при более высокой температуре Т1 количество теплоты Q1 за счет работы внешних сил А.

Второе начало термодинамики: любой необратимый процесс в замкнутой системе происходит так, что энтропия системы при этом возрастает (закон возрастания энтропии).

Второе начало термодинамики определяет направление протекания термодинамических процессов, указывая, какие процессы в природе возможны, а какие - нет.

Существуют ещё две формулировки второго начала термодинамики:

1) по Кельвину: невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты, полученной от нагревателя, в эквивалентную ей работу;

2) по Клаузиусу: невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к телу более нагретому.

Третье начало термодинамики - теорема Нернста-Планка - постулирует поведение термодинамических систем при нуле Кельвина: энтропия всех тел в состоянии равновесия стремится к нулю по мере приближения температуры к нулю Кельвина:
lim(T→0)S=0

Теплоемкости CV и Сp при Т= 0 К равны нулю, поскольку:

dS=δQ/T; C=δQ/dT; S(p=const, T)=Cp(T)dT/T; S(V=const, T)=CV(T)dT/T.

40

Цикл Карно́ — идеальный термодинамический цикл. Тепловая машина Карно, работающая по этому циклу, обладает максимальным КПД из всех машин, у которых максимальная и минимальная температуры осуществляемого цикла совпадают соответственно с максимальной и минимальной температурами цикла Карно. Состоит из 2 адиабатических и 2 изотермических процессов.
КПД тепловой машины Карно зависит только от температур нагревателя и холодильника. Кроме того, из него следует, что КПД может составлять 100 % только в том случае, если температура холодильника равна абсолютному нулю. Это невозможно, но не из-за недостижимости абсолютного нуля (этот вопрос решается только третьим началом термодинамики, учитывать которое здесь нет необходимости) , а из-за того, что такой цикл или нельзя замкнуть, или он вырождается в совокупность двух совпадающих адиабат и изотерм.

Т. любая реальная тепловая машина, работающая с нагревателем температуры Т₁ и холодильником температуры Т₂, не может иметь коэффициент полезного действия, превышающий КПД идеальной тепловой машины.

41

Энтропия – специфическая физическая величина, которая определяет направление протекания физических процессов. Энтропия – функция состояния. По характеру изменения энтропии можно судить о том, в каком направлении происходит теплообмен. При нагревании тела(  > 0) его энтропия возрастает( ), если тело охлаждается, то наоборот.

Энтропия связана с термодинамической вероятностью соотношением   , где k – постоянная Больцмана. Таким образом, энтропия – скалярная физическая величина, характеризующая макросостояние термодинамической системы, и численно равная постоянной Больцмана, умноженной на натуральный логарифм термодинамической вероятности этого состояния.

42

Таким образом, изменение энтропии ΔS_1-2 идеального газа при переходе его из состояния 1 в состояние 2 не зависит от вида перехода 1 - 2. 
       Каждый из изопроцессов идеального газа характеризуется своим изменением энтропии, а именно:

• 
  изохорный:   , т.к.  ;
  
• 
  изобарный:   т.к. Р₁ = Р₂;
  
• 
  изотермический:   т.к.  ;
  
• 
  адиабатный:   , т.к. 
  

       Отметим, что в последнем случае адиабатный процесс называют изоэнтропийным процессом, т.к. 

43

Физическая кинетика — микроскопическая теория процессов в неравновесных средах. В кинетике методами квантовой или классической статистической физики изучают процессы переноса энергии, импульса, заряда и вещества в различных физических системах (газах, плазме, жидкостях, твёрдых телах) и влияние на них внешних полей.

 Расстояние, проходимое молекулой в среднем без столкновений, называется средней длиной свободного пробега. Средняя длина свободного пробега равна:

Среднее число столкновений за 1 с равно числу молекул в объеме «ломаного» цилиндра:   = nV, где n – концентрация молекул, а V = pd²   . Т.е. среднее число столкновений   = npd²   .

Минимальное расстояние, на которое сближаются при столкновении центры двух молекул, называется эффективным диаметром молекулы d.

44
Диффу́зия — процесс взаимного проникновения молекул или атомов одного вещества между молекулами или атомами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму

1 закон j = -D * (dc/dx)

2 закон (dC/dt)=(dj/dx)=-D(d²c/dx²)

Теплопрово́дность — способность материальных тел проводить энергию (теплоту) от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела, осуществляемому хаотически движущимися частицами тела (атомами, молекулами, электронами и т. п.).

Q=- ƛ*grad(T)*S

Вя́зкость (вну́треннее тре́ние) — одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.

Закон вязкости  Ньютона — математическое выражение, связывающее касательное напряжение внутреннего трения  (вязкость) и изменение скорости среды  в пространстве  (скорость деформации) для текучих тел (жидкостей и газов):

,

46

Электрическое поле — одна из двух компонент электромагнитного поля, представляющая собой векторное поле, существующее вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также возникающее при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может быть обнаружено благодаря его силовому воздействию на заряженные тела

Е- напряженность электрического поля в данной точке, есть вектор, равный по величине силе, действующей на положительный единичный заряд, помещенный в эту точку и совпадающей с ней по направлению. 

Принцип суперпозиции полей-напряженность поля в любой точке, равно геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых отдельными зарядами.

Электрическое поле изображают с помощью силовых линий.

Силовые линии указывают направление силы, действующей на положительный заряд в данной точке поля.