ответ на вопросы. вопросы. Телом отсчета

• Название: Телом отсчета
• Анкор: ответ на вопросы
• Дата: 26.10.2022
• Размер: 1.98 Mb.
• Имя файла: вопросы.doc
• Тип: Документы; #755457
• страница: 5 из 6

Равновесным называется бесконечно медленный процесс, состоящий из последовательности равновесных состояний.

Всякий переход равновесной системы из одного состояния в другое связан с нарушением равновесия системы. То есть реальный процесс состоит из последовательности неравновесных состояний. Однако начальное и конечное состояния системы равновесные. Время, затрачиваемое на переход из неравновесного состояния в равновесное, называется временем релаксации. Время релаксации существенно меньше времени изменения макроскопических параметров состояния системы, так как тепловые процессы инерционны. Поэтому классическая термодинамика, которая справедлива только для равновесных процессов, достаточно точно описывает реальные процессы.

Обратимым называется такой процесс, для которого возможен обратный переход из конечного состояния в начальное через те же промежуточные значения, что и в прямом процессе.

Отметим, что, при возвращении системы в исходное состояние ни в ней самой, ни в окружающей среде не происходит никаких изменений. Состояние системы отображается точкой в системе координат p, T, V, описывающих макросостояние равновесной системы. Графическое изображение процесса показано на рис. 1: путем 12 в прямом направлении и 21 в обратном.

Необратимым называется процесс, когда обратный переход через те же промежуточные состояния невозможен. Необратимость процессов связана с действием неконсервативных сил. Очевидно, что неравновесный процесс в принципе не может быть обратимым. С другой стороны равновесный процесс всегда обратимый.
55.

равновесное состояние заданной массы газа определяется тремя макроскопическими параметрами: давлением р, объемом v и температурой Т. Между этими параметрами существует определенная связь, называемая уравнением состояния, которая в общем виде дается выражением

f(p,V,T) = 0, (4)

где каждая из переменных является функцией двух других.
56.

Идeaльный гaз – этo гaз, yдoвлeтвopяющий следующим ycлoвиям:

1) coбcтвeнный oбъeм мoлeкyл гaзa пpeнeбpeжимo мaл пo cpaвнeнию c oбъeмoм cocyдa;

2) мeждy мoлeкyлaми гaзa oтcyтcтвyют cилы взaимoдeйcтвия;

3) столкнoвeния мoлeкyл гaзa мeждy coбoй и co cтeнкaми cocyда абсолютно yпpyгиe.

Moдeль идeaльнoгo гaзa мoжнo иcпoльзoвaть пpи изyчeнии реальных гaзoв, тaк кaк oни пpи низких дaвлeнияx и выcoкиx тeмпеpaтypax близки пo cвoим cвoйcтвaм к идeaльнoмy гaзy.

57.

закон Бойля-Мариотта
pV = const. (14)

Если p₁,V₁ - параметры изотермического процесса в начальном состоянии, а p₂ и V₂ - в конечном, то закон Бойля-Мариотта можно переписать в следующем виде:
. (15)

закон Гей-Люссака, характеризующий изобарный процесс
или . (18)

закон Шарля
или . (21)

Число частиц, содержащихся в моле любoгo вeщecтвa, нaзывaют пocтoяннoй Aвoгaдpo. Опытным путем было найдено ее значение
.
Maccyoднoгo мoля нaзывaют мoляpнoй мaccoй
M = N_A M_r m_ед, (3)
где M_r – относительная молекулярная масса, m_ед = 1,66·10^-27 кг – атомная единица массы (а.е.м.).

закон Клапейрона.

при одинаковых температуре и давлении один моль любoгo идеального газа занимает одинаковый объем. Объем 1 моля любoгo идеального газа при нормальных условиях, т.е. при Т = 273 К и

p = 1,013 10⁵ Па равен V_M = 22,4 л = 22,4·10^-3 м³.

Умножим и разделим правую часть уравнения (5) на постоянную Авогадро:

. (5)
Величина k = R/N_А = 1,38 10^-23 Дж/К (6)
называется постоянной Больцмана и дает «долю» газовой постоянной, приходящуюся на одну молекулу.

Отдельные компоненты смеси газов, невзаимодействующие друг с другом, можно считать независимыми. Тогда давление смеси газов с учетом уравнения состояния p = nkT будет равно
p = n₁kT + n₂kT + ....+n_ikT = p₁ + p₂ + ..... + p_i. (10)
Формула (10) выражает закон Дальтона, согласно которому: полное давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений отдельных компонент.

Парциальным называется давление отдельной компоненты газа p_i = n_ikT, концентрация молекул которой равна n_i.

58.

Для произвольной массы идеального газа уравнение состояния имеет вид

или ,(5)
где = m/M – число молей, R = 8,31 Дж/моль^.К – универсальная (молярная ) газовая постоянная.

Уравнение (5) называется уравнением Менделеева - Клапейрона.

59.

уравнение состояния идеального газа можно записать в несколько иной форме

. (5)
Разделив обе части этого уравнения на объем газа V, получим:
, (7)
где n = N/V – концентрация молекул в объеме V, т.е. число молекул в единице объема газа.

60.

Основное уравнение МКТ устанавливает связь между статистическими характеристиками молекулярного движения и макроскопическими параметрами состояния газа, а именно связывает давление газа на стенки сосуда со средней кинетической энергией поступательного движения его молекул.

, (8)
где - средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы, а <Е> - средняя суммарная кинетическая энергия движения всех молекул газа в единице объема.

основное уравнение МКТ идеальных газов, согласно которому: давление газа на стенки сосуда пропорционально средней кинетической энергии поступательного движения молекул, находящихся в единице объема.
61.

среднюю квадратичную скорость молекул
.
62.

Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул <ε₀> зависит только от температуры Т.


63.

средняя длина свободного пробега молекул, то есть среднее расстояние, проходимое молекулой между двумя последовательными соударениями с другими молекулами.

64.

Эффективный диаметр молекулы-минимальное расстояние, на которое сближаются центры двух молекул при столкновении.

65,

Теплопроводностью называется необратимый процесс переноса тепловой энергии из области системы, где температура больше в область, где она меньше.

Перенос энергии в форме теплоты подчиняется закону Фурье или уравнению Фурье для теплопроводности:


(1)
или , (2)
гдеQ- энергия, переносимая в форме теплотычерез площадку S, перпендикулярную оси х (рис.3),завремя t; k – коэффициент теплопроводности; dT/dx – градиент температуры; j_Q – плотность теплового потока – величина, определяемая энергией, переносимой в форме теплоты в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную оси х.
66.

Диффузия – неравновесный процесс, вызываемый молекулярным тепловым движением и приводящий к установлению равновесного распределения концентрации или плотности внутри вещества. Диффузия сопровождается переносом вещества (массы).

Явление диффузии для химически однородной фазы вещества (газ, жидкость, твердое тело) подчиняется эмпирически установленному закону Фика:характеризует процесс переноса массы при диффузии и определяет плотность потока массы

:

, (10)
или , (11)
где D – коэффициент диффузии; d/dx – градиент плотности, равный скорости изменения плотности на единицу длины х в направлении нормали к поверхности площадки S; j_m – плотность потока массы – величина, определяемая массой m вещества, диффундирующего в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную оси х.
67.

Вязкостью (внутренним трением) называется необратимый процесс переноса импульса между слоями газа или жидкости с разными скоростями, в результате которого происходит торможение более быстрых слоев.

Сила внутреннего трения между слоями газа (жидкости) определяется эмпирическим законом Ньютона:сила внутреннего трения пропорциональна градиенту скорости и площади соприкосновения слоев жидкости или газа
, (4)

где  – коэффициент динамической вязкости, du/dx – градиент скорости, показывающий быстроту изменения скорости в направлении х, перпендикулярном движению слоев, S – площадь трущихся поверхностей слоев газа, на которую действует сила F.
68.

Существует два режима течения жидкостей. Течение называется ламинарным (слоистым), если вдоль потока каждый выделенный тонкий слой скользит относительно соседних, не перемешиваясь с ними, и турбулентным (вихревым), если вдоль потока происходит интенсивное вихреобразование и перемешивание жидкости (газа).

Ламинарный поток – это поток, в котором отдельные слои жидкости конечной толщины скользят относительно друг друга с различными скоростями, без взаимного перемешивания.

Турбулентный поток – это поток, в котором в фиксированной точке пространства направление и скорость движения жидкости беспорядочно изменяются.
69.

Внутренней энергией U системы называется кинетическая энергия теплового движения ее микрочастиц (молекул, атомов и т.д.) и потенциальная энергия их взаимодействия.

Из этого определения следует, что к внутренней энергии не относятся кинетическая энергия движения системы как целого и потенциальная энергия системы во внешних полях.

У идеального газа взаимодействие молекул отсутствует, поэтому его внутренняя энергия определяется только тепловым движением всех его молекул.
70.

можно вычислить внутреннюю энергию одного моля идеального газа
. (13)
и произвольной массы идеального газа
. (14)

i - общее число степеней свободы молекулы

Видно, что внутренняя энергия зависит только от температуры идеального газа, так как все остальные параметры в выражении (14) являются постоянными величинами.
71.

Число i независимых переменных (координат), необходимых для описания положения системы (тела) в пространстве называется числом степеней свободы.

закон (теорема) Больцмана о равновероятном распределении энергии по степеням свободы молекул: для статистической системы, находящейся в условиях статистического равновесия, на каждую поступательную и вращательную степени свободы приходится одинаковая средняя кинетическая энергия равная ; а на каждую колебательную степень свободы – в среднем энергия, равная kТ.

72.

Колебательная степень «обладает» вдвое большей энергоемкостью потому, что на нее приходится не только кинетическая энергия (как в случае поступательного и вращательного движений), но и потенциальная, причем средние значения кинетической и потенциальной энергий одинаковы. Тогда средняя энергия молекулы идеального газа может быть вычислена по формуле
, (11)
где i - общее число степеней свободы молекулы
i = i_п + i_вр +2i_кол.

73.

относятся теплопроводность (обусловлена переносом энергии), Теплопроводностью называется необратимый процесс переноса тепловой энергии из области системы, где температура больше в область, где она меньше.

И излучение – передача энергии в форме волн.
74.

Первый закон (начало) термодинамики, который является законом сохранения энергии для тепловых процессов, формулируется таким образом:

количество теплоты Q, сообщаемое системе, идет на увеличение ее внутренней энергии U и на совершение системой работы A:

Q = U + A.
75.

Найдем в общем виде внешнюю работу, совершаемую газом при изменении его объема. Пусть газ находится в цилиндрическом сосуде с поршнем площадью S (рис. 3).



рис. 3
Элементарная работа, совершаемая газом при расширении и перемещении поршня на dx равна:

dA=F^.dx = pS^.dx = p^.dV. (1)
При расширении газа dA > 0, так как сам газ совершает работу, перемещая поршень; при сжатии dA < 0, работа совершается внешними силами.

Тогда полная работа в процессе 1  2 при изменении объема газа от V₁ до V₂, равна
. (2)
Найденное для работы выражение (2) справедливо при любых изменениях объема твердых, жидких и газообразных тел.
76,

Теплоемкость - это физическая величина, определяющая количество теплоты, которое необходимо сообщить системе, чтобы повысить ее температуру на один кельвин:

. (5)

Единица ее измерения в СИ - джоуль на кельвин (Дж/К).

Удельная теплоемкость - это количество теплоты, необходимое для повышения температуры 1 кг вещества на 1 К:

. (6)

Единица удельной теплоемкости - джоуль на килограмм–кельвин (Дж/кг К).

Молярная теплоемкость - это количество теплоты, необходимое для повышения температуры 1 моля вещества на 1 К:

, (7)

где  = m/M - количество молей вещества. Единица молярной теплоемкости - джоуль на моль - кельвин (Дж/(моль^.К)).

Удельная теплоемкость связана с молярной соотношением

С_M = с M, (8)

где M - молярная масса вещества.
77.

Для газов различают теплоемкости при постоянном объеме и постоянном давлении, так как величина теплоемкости зависит от условий нагревания газа. Молярная теплоёмкость идеального газа при