Молекулярная физика. Тепловые явления

145.Молекулярная физика- раздел физики, изучающий строение и свойства вещества, исходя из молекулярно-кинетических представлений о его строении.

146.Основные положения молекулярно-кинетической теории:

1) Все тела состоят из атомов, молекул и ионов, имеющих в свою очередь сложное строение.

2) Атомы, молекулы и ионы находятся в непрерывном хаотическом движении, называемом тепловым. Скорость этого движения зависит от температуры.

3) Между атомами и молекулами существуют силы взаимного притяжения и отталкивания.

147. Экспериментальным подтверждениемсправедливости первых двух положений являются диффузия, броуновское движение, растворимость и др. Подтверждением справедливости третьего положения служит явление возникновения сил упругости при деформации тел.

148. Диффузия- это явление самопроизвольного проникновения молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого вещества, происходящее в результате теплового движения.

149. Броуновское движение- это движение мельчайших макроскопических тел (пылинок, цветочной пыльцы, частичек туши и т.д.) под действием ударов со стороны молекул жидкости или газа.

150.Диаметрмолекул имеет порядок 10-10м, а масса - 10-26кг.

151. Количество вещества- величина, равная числу структурных элементов (атомов, молекул, ионов), составляющих систему.

где N - число частиц, NA- постоянная Авогадро, m – масса вещества, m - молярная масса вещества. Единицей количества вещества является 1 моль.

152. 1 моль - это порция молекул, равная числу Авогадро. Более точное определение 1 моля: это порция молекул или других структурных единиц вещества, в которой содержится столько же молекул или других структурных единиц, сколько их содержится в 0,012 кг углерода.

153. Молярная масса- это масса одного моля данного вещества. Единицей молярной массы являетсякг/моль.

154. Относительная молекулярная масса –это величина численно равная отношению массы молекулы данного вещества к 1/12 массы изотопа атома углерода 6С12. Измеряется в углеродных единицах (у. ед) или атомных единицах (а.е.м.)

155. Число N молекул в теле массой m можно подсчитать по формуле:

где n - количество вещества, NА- число Авогадро, m - молярная масса вещества, из которого состоит тело.

156.Идеальнымназывается газ, потенциальная энергия взаимодействия, между молекулами которого равна нулю.

157.Основное уравнение МКТ:

где n - число молекул в единице объёма (концентрация), m - масса молекулы, - средний квадрат скорости.

158. Другой вид основного уравнения МКТ

где p - давление, - средняя кинетическая энергия молекул.

159.Средняя квадратичная скорость молекул

где m – молярная масса вещества, m0– масса молекулы, T – абсолютная температура.

160.Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы идеального газа

161.Зависимость давления газа от концентрации молекул и температуры:

162. Температура - величина, характеризующая состояние термодинамического (теплового) равновесия макроскопической системы.

163. Абсолютный нуль температуры - это предельная температура, при которой давление идеального газа обращается в нуль при фиксированном объёме или объём идеального газа стремится к нулю при неизменном давлении.

Можно сформулировать иначе: Абсолютный нуль температуры- это предельная температура, при которой прекращается поступательное движение молекул.

164. Абсолютная (термодинамическая) шкала - это шкала температур, в которой за начало отсчета принят абсолютный нуль. Единица температуры в этой шкале - кельвин (К), величина которого совпадает с градусом Цельсия. В шкале Цельсия абсолютный нуль равен -273,15°С. Связь между абсолютной температурной шкалой и шкалой Цельсия выражается формулой

165. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона):

где р - давление, V - объём, R=8,31 Дж/(моль×К) - универсальная газовая постоянная, T - абсолютная температура, m - молярная масса газа. Или

где r - плотность газа.

166. Уравнение Клапейрона или объединённый газовый закон:

167. Изотермическимназывается процесс, протекающий при постоянной температуре. Если при этом масса газа не изменяется, то процесс подчиняется закону Бойля-Мариотта. Формулировка закона: Для данной массы газа произведение давления на объём при постоянной температуре есть величина постоянная.

Или

168. Изобарнымназывается процесс, протекающий при постоянном давлении. Если масса газа не меняется, то процесс подчиняется закону Гей-Люссака: Для данной массы газа при постоянном давлении отношение объёма к абсолютной температуре есть величина постоянная.

Или

169. Изохорнымназывается процесс, протекающий при постоянном объёме. Если масса газа постоянна, то процесс подчиняется закону Шарля: Для данной массы газа при постоянном объёме отношение давления к абсолютной температуре есть величина постоянная.

Или

170.Давление смеси газов равно сумме парциальных давлений, созданных каждым газом.

Этот закон известен под названием "закон Дальтона".

171. Термодинамика - это раздел физики, в котором рассматриваются тепловые явления с точки зрения происходящих в них преобразований энергии.

172.Внутренняя энергия - это сумма кинетической энергии хаотического движения молекул, потенциальной энергии их взаимодействия и внутримолекулярной энергии молекул, из которых состоит тело.

173.Внутреннюю энергию тел можно изменить двумя способами: теплообмен и совершение работы. Признаком изменения внутренней энергии тела является изменение его температуры и (или) агрегатного состояния.

174. Внутренняя энергия одноатомного, идеального газа определяется по формуле:

175. Изменение внутренней энергииодноатомного газа можно подсчитать по формуле:

где m - масса газа, m - молярная масса газа.

176. Теплообмен бывает трёх видов: лучеиспускание, конвекция, теплопередача. Лучеиспускание- это теплообмен с помощью электромагнитных волн теплового диапазона. Конвекция - это теплообмен, осуществляемый при перемешивании жидкостей или газов, имеющих разную температуру, Теплопередача-это форма передачи энергии, при которой осуществляется непосредственный обмен энергией между хаотически движущимися молекулами тел при их тепловом контакте.

177.Количество теплоты- это энергия, которую тело получает или отдаёт при теплообмене.

178.Теплоёмкость тела- это величина равная количеству теплоты, которое надо передать телу для изменения его температуры на 1 кельвин.

Теплоёмкость тела измеряется в Дж/К. Количество теплоты, которое надо сообщить телу с теплоёмкостью С вычисляется по формуле

179.Удельная теплоёмкость- это величина численно равная количеству теплоты, которую надо сообщить веществу массой 1 кг для изменения его температуры на 1 кельвин.

Удельная теплоёмкость измеряется в Дж/(кг×К). Теплоёмкость тела связана с удельной теплоёмкостьювещества, из которого оно изготовлено, формулой

180. Закон сохранения энергии в тепловых процессах (первый закон термодинамики): количество теплоты, переданное телу, идёт на увеличение его внутренней энергии и на совершение работы против внешних сил.

181. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам.

1)Изотермический (Т=const)

т.к.DU=0, т.е. количество теплоты, переданное системе, идёт на совершение работы против внешних сил;

2)Изобарный (p=const)

т.е. количество теплоты, переданное системе, идёт на совершение работы против внешних сил и на изменение её внутренней энергии;

3) Изохорный (V=const)

т.е. количество теплоты, переданное системе, идёт на изменение её внутренней энергии.

4) Адиабатнымназывается процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой (Q=0). Закон сохранения энергии для него имеет вид:

т.е. работа против внешних сил совершается за счёт убыли внутренней энергии.

182.Работа расширения газапри постоянном давлении вычисляется по формуле:

где V2и V1 - конечный и начальный объёмы газа, р - давление. Т.к.

то

где T2 - температура газа в конечном состоянии, T1 - температура газа в начальном состоянии, m - молярная масса, R - универсальная газовая постоянная.

183. Тепловой двигатель (тепловая машина)- это устройство, совершающее работу за счёт уменьшения внутренней энергии рабочего тела.

184. Любая тепловая машина состоит из трёх частей: нагревателя, холодильника и рабочего тела.

185. Тепловой коэффициент полезного действиятепловой машины равен:

где Q1 - количество теплоты, полученной от нагревателя, Q2 - количество теплоты, отданной холодильнику, A ‑ механическая работа.

186.Формула Карнодля идеальной тепловой машины:

где Т1 - температура нагревателя, Т2 - температура холодильника, h - КПД.

187.Плавление- это процесс перехода вещества из твёрдого состояния в жидкое при температуре плавления.

188. Процесс превращения жидкости в твёрдое кристаллическое состояние называется кристаллизацией.

189.Удельная теплота плавления- это количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг твёрдого кристаллического вещества из твёрдого состояния в жидкое, при температуре плавления.

Удельная теплота плавления измеряется в Дж/кг .

190.Парообразование- это процесс перехода вещества из твёрдого или жидкого состояния в газообразное.

191. Испарение - это процесс парообразования, происходящий с открытой поверхности жидкости или твёрдого тела.

192. Сублимация (возгонка) – это переход твёрдого вещества в газообразное, минуя жидкое состояние.

193.Кипение - это процесс парообразования, происходящий не только с открытой поверхности жидкости, но и по всему её объёму внутрь пузырьков газа, растворённого в жидкости. Для каждой жидкости существует своя температура кипения. Жидкость кипит при такой температуре, при которой давление её насыщенных паров равно атмосферному давлению.

194. Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным.

195.Точка росы - температура, при которой пар переходит в состояние насыщения.

196. Процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое, называется конденсацией.

197. Количество теплоты, которое необходимо для превращения единицы массы жидкости в пар, называется удельной теплотой парообразования и конденсации

Удельная теплота парообразования измеряется в Дж/кг.

198. Абсолютная влажность - это парциальное давление (плотность) водяных паров в атмосфере.

199. Относительная влажность- это величина равная отношению абсолютной влажности к давлению (плотности) насыщенного пара при данной температуре.

Основы электродинамики

Электростатика

200. Элекростатика- раздел электродинамики, изучающий взаимодействия неподвижных электрических зарядов и свойств постоянных электрических полей.

201.Электрический заряд - это физическая величина, характеризующая интенсивность электромагнитного взаимодействия. Электрический заряд измеряется в кулонах (Кл).

202. Существует два вида зарядов - положительные и отрицательные. Заряд, которым обладает электрон, называют отрицательным, а заряд протона положительным.

203. Элементарный электрический заряд – е=1,6×10-19Кл. Это - минимальная порция электрического заряда

204. Разноимённые заряды притягиваются, а одноимённые отталкиваются.

205.Точечным зарядомназывают заряд, сосредоточенный на точечном теле, т.е. теле, размерами которого в условиях задачи можно пренебречь.

206. Закон Кулона: Модуль силы взаимодействия между точечными электрическими зарядами прямо пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними

где e - диэлектрическая проницаемость среды, в которой находятся заряды, e0 - электрическая постоянная.

207. Закон сохранения электрического заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов в электрически изолированной системе есть величина постоянная.

208. Электрическое поле - это один из видов материи. Оно создаётся электрическими зарядами и обнаруживается по действию на электрические заряды с некоторой силой.

209. Напряжённость электрического поля- это физическая величина равная отношению силы, действующей на пробный, положительный заряд, помещённый в данную точку поля, к величине этого заряда:

Напряжённость электрического поля измеряется в Н/Кл=В/м.

210. Вектор напряжённости электрического поля совпадает по направлению с вектором силы, действующей на пробный, положительный заряд, помещённый в данную точку поля.

211. Напряжённость электрического поля точечного заряда вычисляется по формуле:

где r - расстояние от заряда до точки поля, e - диэлектрическая проницаемость среды, в которой находится заряд , e0 - электрическая постоянная.

212. Линиями напряжённости электрического поля называют линии, касательные к которым в любой точке совпадают по направлению с вектором напряжённости. Линии напряжённости используются для графического изображения полей.

213. Принцип суперпозиции полей: Если поле создано не одним, а несколькими зарядами, то вектор напряжённости результирующего поля равен геометрической сумме напряжённостей полей, созданных этими зарядами.

214. Однородным называют электрическое поле, во всех точках которого вектор напряжённости одинаков по величине и направлению.

215. Поверхностной плотностью электрических зарядовназывают отношение заряда, сосредоточенного на поверхности, к площади этой поверхности.

Поверхностная плотность измеряется в Кл/м2.

216.Напряженность поля, создаваемого равномерно заряженной бесконечной плоскостью.

217. Напряженность поля в плоском конденсаторе

218. Диэлектрическая проницаемость диэлектрика- это число, показывающее во сколько раз напряжённость электрического поля в вакууме больше, чем в данном веществе.

Диэлектрическая проницаемость - величина безразмерная.

219. Вещества, в молекулах которых разноимённые заряды пространственно разделяются, оставаясь связанными, называются диэлектриками.

220. Неполярными называют молекулы, в которых электроны и ядра атомов в отсутствии внешнего поля расположены так, что молекула в окружающем пространстве не создаёт собственного электрического поля.

221. Полярными называют диэлектрики, в молекулах которых заряды электронов и ядер смещены относительно друг друга и в отсутствии внешнего электрического поля.

222. Потенциалом поля в данной точке называется величина, равная отношению потенциальной энергии заряда в данной точке поля, к величине этого заряда.

Потенциал электрического поля измеряется в вольтах (В). 1 В = Дж/Кл.

Потенциал поля - величина скалярная. Потенциал поля положительного заряда принято считать положительным, а отрицательного - отрицательным.

223. Если поле создано несколькими зарядами, то потенциал суммарного поля в данной точке равен алгебраической сумме потенциалов полей, созданных отдельными зарядами.

224. Потенциал поля, созданного точечным зарядом в данной точке, можно рассчитать по формуле

225. Потенциальная энергия взаимодействия электрических зарядов может быть вычислена по формуле

226. Потенциальным электрическим полем называется такое поле, в котором работа по перемещению электрического заряда по замкнутой траектории равна нулю. Примером потенциального поля является поле неподвижных электрических зарядов. Линии напряжённости потенциального поля незамкнутые. Они начинаются на положительных зарядах или приходят из бесконечности, а заканчиваются на отрицательных зарядах или уходят в бесконечность.

227. Разностью потенциалов между двумя точками поля называется физическая величина равная отношению работы по перемещению заряда из одной точки поля в другую, к величине этого заряда.

В электростатическом поле разность потенциалов равна напряжению. Разность потенциалов и напряжение измеряются в вольтах (В).

228. Работа по перемещению электрического заряда из одной точки поля в другую может быть вычислена по формуле:

где j1 - потенциал поля в начальной точке перемещения, j2 - потенциал поля в конечной точке перемещения.

229. Напряжение между двумя точками однородного поля и напряжённостьсвязаны между собойсоотношением:

где d - кратчайшее расстояние между эквипотенциальными поверхностями, на которых находятся точки поля.

230. Электроёмкость- это физическая величина, численно равная отношению заряда тела к его потенциалу.

Электроёмкость измеряется в фарадах (Ф).

231.1 фарад- это электроёмкость такого проводника, потенциал которого изменяется на 1 вольт при изменении заряда на 1 Кл.

232. Конденсатор - это радиотехническое устройство, предназначенное для накапливания электрических зарядов. В простейшем случае он представляет собой две разноимённо заряженные пластины, разделённые слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами пластин.

233. Электроёмкость конденсатора- это физическая величина равная отношению заряда конденсатора к напряжению между его обкладками: