Механика. Молекулярная физика и термодинамика (стр. 2 )

Молекулярная физика и термодинамика

Термодинамические системы. Идеальный газ. Молекулярно-кинетический и термодинамический методы. Тепловое движение молекул.

Взаимодействие молекул. Состояние системы. Параметры системы. Равновесные и неравновесные состояния и процессы. Уравнение состояния идеального газа. Опытные газовые законы (изотермический, изохорный, изобарный). Работа, совершаемая газом при изменении объема.

Физические основы молекулярно-кинетической теории. Молекулярно-кинетическая модель идеального газа. Энергия поступательного движения молекулы и ее связь с температурой. Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степени свободы. Внутренняя энергия и теплоемкость идеального газа.

Распределение молекул газа по скоростям. Распределение Максвелла. Характеристические скорости молекул газа (наиболее вероятная, средняя арифметическая, средняя квадратичная). Идеальный газ в поле сил тяжести. Распределение Больцмана. Столкновение между молекулами. Эффективный диаметр молекулы. Средняя длина свободного пробега.

Явления переноса. Тепловое движение и связанный с ними перенос массы, импульса и энергии. Диффузия, вязкость и теплопроводность в газах. Экспериментальные законы диффузии, вязкости и теплопроводности. Молекулярно-кинетический расчет коэффициентов переноса.

Основы термодинамики. Метод термодинамики. Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам. Второе начало термодинамики. Круговые процессы. Тепловые двигатели. Цикл Карно.

Энтропия. Приведенная теплота и понятие энтропии. Изменение энтропии при необратимых процессах. Статистический смысл второго начала термодинамики. Флуктуация параметров состояния. Тепловая теорема Нернста.

Реальные газы. Отступление от законов идеального газа. Влияние собственного объема и взаимодействия молекул. Уравнение Ван-дер-Ваальса и его анализ. Изотермы Ван-дер-Ваальс. Критическое состояние. Характеристика однофазных и двухфазных состояний в координатах P-V. Внутренняя энергия реального газа.

Жидкости. Ближний порядок в жидкости. Характер теплового движения молекул жидкости. Радиус молекулярного действия. Поверхностный слой жидкости. Поверхностное натяжение. Явление смачивания. Краевой угол. Капиллярные явления.

Твердые тела. Дальний порядок в твердых телах. Характер теплового движения молекул в твердых телах. Кристаллические и аморфные тела. Тепловое расширение и теплоемкость твердых тел. Закон Дюлонга и Пти. Понятие фазы. Кристаллизация и плавление. Испарение и конденсация. Теплота фазового перехода. Диаграмма состояния. Тройная точка.

3 Рекомендуемая литература

Основная

Савельев общей физики. Т.1. – М.: Наука, 1989. – 520 с. , Яворский физики. – М.: Высшая школа, 1989. – 608 с. Трофимова физики. – М.: Высшая школа, 1990. – 478 с. , Воробьев по физике. – М.: Высшая школа, 1988. – 526 с. Трофимова задач по курсу физики. – М.: Высшая школа, 1991. – 303 с.

Дополнительная

Волькенштейн задач по общему курсу физики. – М.: Наука, 1985. – 381 с. Савельев задач и вопросов по общей физике. – М.: Наука, 1988. – 288 с. Чертов величины. – М.: Высшая школа, 1990. – 315 с. Сена физических величин и их размерности. – М.: Наука, 1988. – 432 с. , Детлаф по физике. – М.: Наука, 1990. – 624 с. правочник по физике. – М.: Мир, 1985. – 520 с.

4 Физические основы механики (сведения из теории)

Кинематика материальной точки

1. Положение материальной точки в пространстве задается радиус-вектором :

,

где , – единичные векторы направлений (орты); x, y, z– координаты точки.

Кинематические уравнения движения (в координатной форме)

x= f 1  (t); y = f  2 (t); z = f 3 (t),

где  t – время.

2. Средняя скорость движения

,

где – перемещение материальной точки в интервале времени .

Средняя путевая скорость

,

где Δs – путь, пройденный точкой за интервал времени Δt.

Мгновенная скорость

,

где – проекции скорости на оси координат.

Абсолютная величина скорости

.

Ускорение

,

где – проекции ускорения на оси координат.

Абсолютная величина ускорения

.

При произвольном (криволинейном движении ускорение можно представить как сумму нормального и тангенциального ускорений

.

Абсолютная величина этих ускорений

,

где R – радиус кривизны в данной точке траектории.

4. Кинематические уравнения движения материальной точки вдоль
оси  х:

а) при равномерном движении–

х = х0 + vt,  v = const,  ax = 0;

б) при равнопеременном движении –

.

5. При вращательном движении положение твердого тела определяется углом поворота (угловым перемещением) φ. Кинематическое уравнение вращательного движения в общем виде

φ = f(t).

6. Средняя угловая скорость

,

где Δφ – изменение угла поворота за интервал времени Δt.

Мгновенная угловая скорость

.

7. Угловое ускорение

.

8. Кинематическое уравнение вращения тела:

а) при равномерном вращении (ω = const, ε = 0) –

,

где φо – начальное угловое перемещение; t – время.

б) при равнопеременном вращении (ε = const)  –

где ω0 – начальная угловая скорость;  t – время.

в) частота вращения

,

где N – число оборотов, совершаемых телом за время t; Т – период вращения (время одного полного оборота).

9. Связь между линейными и угловыми величинами, характеризующими движение материальной точки, принадлежащей вращающемуся телу:

а) длина пути, пройденного точкой по дуге окружности радиусом R при повороте тела на угол φ,

;

б) линейная скорость точки

;

в) тангенциальное ускорение точки

;

г) нормальное ускорение точки

.

Динамика материальной точки и тела, движущегося поступательно.
Силы в механике

10. Уравнение динамики материальной точки (второй закон Ньютона) в векторной форме

  , 

где – геометрическая сумма сил, действующих на материальную точку; m – масса; – ускорение; – импульс.

В координатной (скалярной) форме

.

11. Сила упругости

,

где k – коэффициент упругости (жесткость); х – абсолютная деформация.

12. Сила гравитационного взаимодействия

,

где G – гравитационная постоянная; m1 и m2 – массы взаимодействующих тел, рассматриваемых как материальные точки; r – расстояние между ними.

13. Сила трения

,