Молекулярная физика (стр. 6 )

4.  Два сосуда содержат воздух при одинаковых температурах, но разных давлениях. После соединения сосудов в них установилось давление 200 кПа. Определить начальное давление в сосуде объемом 10 л, если начальное давление в сосуде объемом 30 л – 100 кПа. Температуру считать постоянной.

5.  Определите наиболее вероятную скорость молекул газа, плотность которого при давлении 40 кПа составляет 0,35 кг/ м3.

6.  Средняя длина свободного пробега молекул водорода при некотором давлении и температуре 210С равна 90нм. В результате изотермического процесса газа увеличилось в 3 раза. Найти среднее число молекул водорода за 1 с в конце процесса.

7.  Вычислить коэффициент диффузии и динамическую вязкость азота при давлении 0,1 МПа и температуре 70С.

Контрольная работа № 2

1.Азот массой m=50 г находится при температуре Т1=280 К. В результате изохорного охлаждения его давление уменьшилось в n=2 раза, а затем в результате изобарного расширения температура газа в конечном состоянии стала равной первоначальной. Определите: 1) работу, совершенную газом, 2) изменение внутренней энергии газа.

2.КПД идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно, равен 40 %. Что следует сделать с количеством отведенного от холодильника тепла за цикл, для того чтобы КПД машины возрос до 70 % без изменения количества теплоты подводимого за цикл..

3.При нагревании двухатомного идеального газа (ν=2 моль) его термодинамическая температура увеличилась в n=2 раза. Определите изменение энтропии, если нагревание происходит:1) изохорно, 2)изобарно.

4.Вертикальный капилляр погружен в воду. Определить радиус кривизны мениска, если высота столба воды в трубке h=20 мм. Плотность воды ρ=1 г /см3, поверхностное натяжение σ=73 мН/м.

5.Чугунный предварительно нагретый брусок массой 0,2 кг опускают в сосуд, содержащий 0,8 кг керосина при 150 С. Окончательная температура керосина стала равной 200 С. Определить первоначальную температуру бруска.

6.Каково давление углекислого газа при температуре 30 С, если его плотность при этой температуре 550 кг/м3. Тк = 304 К, pк = 7,4 МПа.

2.  Материалы текущего контроля

Текущий контроль осуществляется посредством сдачи студентами всех лабораторных работ и работ для самостоятельного выполнения.

3.  Материалы итогового контроля

Вопросы к коллоквиуму

1.  Основные положения молекулярно–кинетической теории и их опытное обоснование. Методы молекулярной физики.

2.  Макросистема, ее параметры и состояния. Температура. Нулевое начало термодинамики. Устройство термометров. Измерение температуры.

3.  Характеристики атомов и молекул (единичная атомная масса, относительная атомная масса, относительная молекулярная масса, количество вещества, молярная масса и др.).

4.  Изопроцессы. Графики зависимости величин для изопроцессов. Газовые законы (Бойля – Мариотта, Шарля, Гей – Люссака). Абсолютный нуль температуры.

5.  Объединенный газовый закон. Уравнение Менделеева – Клапейрона. Теплота и работа. Теплоемкость. Виды теплоемкостей. Закон Майера (с выводом).

6.  Идеальный газ. Давление газа. Уравнение состояния идеального газа (с выводом). Молекулярно-кинетический смысл температуры.

7.  Парциальное давление. Закон Дальтона. Закон Авогадро (с выводом).

8.  Распределение Максвелла. Функция распределения Максвелла. Средняя арифметическая, средняя квадратичная и наиболее вероятная скорости молекул. Опытная проверка закона распределения Максвелла.

9.  Барометрическая формула. Распределение Больцмана. Опытная проверка распределения Больцмана.

10.  Столкновения молекул. Характеристики соударений.

11.  Вакуум, его получение.

12.  Диффузия. Уравнение диффузии (с выводом).

13.  Теплопроводность. Уравнение теплопроводности. Вязкость газов. Уравнение вязкости.

Вопросы к экзамену

1. Внутренняя энергия – функция состояния системы. Работа – функция процесса. Количество теплоты – функция процесса. Первое начало термодинамики.

2. Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам.

3. Адиабатный процесс, примеры. Уравнение Пуассона (с выводом). Адиабата.

4. Скорость звука в газе. Политропный процесс. Энтропия. Термодинамическая вероятность. Статистическое толкование энтропии.

5. Второе начало термодинамики. Тепловые машины. Тепловое загрязнение атмосферы.

6. Цикл Карно. КПД цикла Карно. Теоремы Карно.

7. Циклы Отто и Дизеля. Обращенный цикл Карно. Холодильные машины.

8. Термодинамическая шкала температур. Третье начало термодинамики. Недостижимость абсолютного нуля. Свободная энергия. Энтальпия.

9. Реальные газы. Отступление реальных газов от законов идеальных газов. Уравнение Ван-дер-Ваальса.

10.  Изотермы Ван-дер-Ваальса. Критическое состояние реального газа (получить выражения для Тк, Vк, рк). Закон соответственных состояний.

11.  Изотермы Ван-дер-Ваальса. Внутренняя энергия реального газа.

12.  Эффект Джоуля-Томсона. Сжижение газов и получение низких температур.

13.  Фазовые переходы. Равновесие жидкости и пара. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Кипение жидкости.

14.  Строение и свойства жидкости. Поверхностный слой жидкости. Поверхностное натяжение. Смачивание и несмачивание.

15.  Формула Лапласа. Капиллярные явления и их применение.

16.  Плазма. Методы получения и основные характеристики плазмы. Поведение плазмы в электрических и магнитных полях.

17.  Некоторые применения плазмы. Методы определение параметров плазмы.

18.  Аморфные и кристаллические тела. Кристаллические решетки. Решетки Браве. Классификация кристаллов по типу связей.

19.  Анизотропия кристаллов. Дефекты в кристаллах. Жидкие кристаллы.

20.  Механические и тепловые свойства кристаллов. Тепловое расширение твердых тел.

21.  Плавление и кристаллизация. Сублимация. Стеклование. Диаграммы равновесия твердой, жидкой и газообразной фаз. Тройная точка.

22.  Теплоемкость кристаллов, объяснение ее температурной зависимости классической теорией, теорией Эйнштейна, Дебая. Понятие о фононах. Теплопроводность диэлектрических кристаллов.

23.  Зонная теория твердых тел. Металлы, диэлектрики и полупроводники по зонной теории.

24.  Основные свойства полупроводников. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Фотопроводимость.

5. Темы курсовых работ

1. Теория идеального газа.

2. Тепловые машины, их использование.

3. Жидкие кристаллы, их строение и свойства.

4. Зонная теория полупроводников.

5. Плазма, получение и применение.

6. Максвелла в развитие молекулярной физики.

7. Основы молекулярно-кинетической теории вещества.

V. Терминологический минимум

1. Основные термины и понятия курса

Абсолютная влажность(р) - парциальное давление водяных паров, содержащихся в воздухе, или количество водяных паров, содержащихся в 1 м3воздуха, выраженного в граммах. 

Абсолютный нуль температур - температура, при которой прекращается тепловое движение молекул.

Агрегатное состояние вещества - состояние одного и того же вещества, переходы между которыми сопровождаются скачкообразным изменением ряда физических свойств.

Аморфные тела - твердые тела, не имеющие упорядоченного, периодического расположения частиц в пространстве.

Анизотропия - неодинаковость физических свойств среды в различных направлениях, связанная с внутренним строением сред.

Атом - наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств.

Броуновское движение - беспорядочное движение малых частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием молекул.

Влажность (кг/м3) - содержание водяного пара в воздухе.

Внутренняя энергия идеального одноатомного газа - суммарная кинетическая энергия теплового движения атомов газа.

Внутренняя энергия тела (U) - сумма энергии хаотического (теплового) движения всех микрочастиц тела (молекул, атомов, ионов и т. д.) и энергии взаимодействия этих частиц.

Деформация - изменение формы или размеров тела (или части тела) под действием внешних сил (механических нагрузок) при нагревании, охлаждении, изменении влажности и других воздействиях, вызывающих изменение относительного расположения частиц тела.

Динамическое равновесие - процесс, при котором скорость парообразования равна скорости конденсации.

Диффузия - взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие теплового движения частиц.

Жидкость - агрегатное состояние вещества, промежуточное между твердым и газообразным. Жидкости сохраняют свой объем и принимают форму сосуда.

Закон Бойля-Мариотта. Для газа данной массы произведение давления на его объем постоянно, если его температура не меняется.

Закон Гей-Люссака. Для данной массы газа отношение его объема к абсолютной температуре постоянно, если давление газа не меняется.

Закон Гука. Относительное удлинение прямо пропорционально механическому напряжению.

Закон Шарля. Для данной массы газа отношение его давления к абсолютной температуре постоянно, если его объем не меняется

Идеальный газ - модель, в которой не учитывается взаимодействие частиц и их собственный объем. Соударение частиц происходит по закону упругого взаимодействия.

Изобарический процесс - процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянном давлении.

Изопроцесс - процесс, протекающий в термодинамической системе с неизменной массой при постоянном значении одного из параметров состояния.

Изотермический процесс - процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянной температуре.

Изохорический процесс - процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объеме.

Испарение - парообразование со свободной поверхности жидкости при любой температуре.

Кипение - процесс парообразования внутри и с поверхности жидкости при температуре кипения.