Молекулярная физика и термодинамика. Вопросы и задания для сам. работы. Степина, Бутко РУДН 201928022019 (1106029)
Текст из файла
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образовании нРОССИЙСКИЙ УНИВВРСИТКТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ» С.П. Степина, Н.Б. Бутко МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА Вопросы и задания для самостоятельной работы ,Утверждено .
РИС Ученого совета Российского университета дружбы народов УДК 539.1:536(072.8) ББК 22.36+22.317 С79 С79 а 1~ $! М~ Степина, С. П. Молекулярная физика и термодинамика: вопросы и задания для самостоятельной работы: учебно-методическое пособие ! С. П. Степина, Н. Б. Бутко. — Москва: РУДН, 2019. — 64 с.: ил. Издание предназначено лля целенаправленного и планомерного изучения курса. фгпнхи студентами; обучающимися по направлению 03.02.02 - «Физика». Пособие может быть использовано лля организации самостоятельного изучения курса согласно единой комплексной системе обучения, включающей в себя все формы обучения: лекции, практические н лабораторные занятия, а также могут быть использованы для проведения инцивидуапьно-групповых коллоквиумов и других видов контроля.
Подготовлено в Институте физических исследований и технологий РУДИ. Предлагаемое методическое пособие является вторым из серии анапогичных пособий, которое студенты, обучающиеся по направлению 03.02.02 - «Физика», будут использовать в дальнейшем при изучении общего курса физики. В течение второго семестра студенты изучают раздел «Молекулярная физика и термодинамика». Согласно разработанной программе. курса «Молекулярная фюика и термодинамика» проводятся лекционные и практические занятия. Лабораторные занятия проводятся согласно разработанной программе курса «Физический практикум по молекулярной физике и термодинамике». Студенты должны выполнить н сдать 10 лабораторных работ. Для студентов, выполнивппгх учебный план, предусматривается выполнение дополнительных лабораторных работ (не более двух).
Настоящее методическое пособие содержит вопросы к допуску и защите лабораторных работ, а также домашние задания по темам лабораторных работ. Некоторая часть вопросов программы предназначена для самостоятельной проработки. В конце семестра проводится итоговая аттестация. Для подготовки к итоговой аттестации предлагается программа 1см. стр. 4). 18В1ч 978-5-209-09252-0 © Степина С.П., Б О Российский унн дружбы народов, ПРОГРАММА ПО КУРСУ ОБ ЕЙ ФИЗИКИ «МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМО Гидродинамика. Закон Паскаля. Основное уравнение гидростатики.
Барометрическая формула. Закон Архимеда. Стационарное течение жидкости. Линии тока. Трубки тока. Теорема о неразрывности струи. Уравнение Бернулли. Вязкость жидкости. Течение вязкой жидкости по трубе. Формула Пуазейля. Ламинарное и турбулентное течение. Число Рейнольдса. Идеальные газы. Понятие температуры и методы ее измерения. Абсолклная шкала температур. Определение идеального газа. Эмпирические законы для идеальных газов. Число Авогадро и молярная масса.
Уравнение Клапейрона-Менделеева. Постоянная Больцмана. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы. Статистические распределения. Барометрическая формула для идеального газа в поле тяжести. Формула Больцмана. Распределения молекул по скоростям Максвелла. Условие нормировки. Средняя арифметическая, средняя квадратичная и наивероятнейшая скорости. Распределение Максвелла-Больцмана.
Броуновское движение. Формула Эйнштейна. Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия тела. Квазистатнческне тепловые процессы. Первое начало термодинамики. Понятие теплоемкости. Теплоемкость идеального газа. Уравнение Майера. Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона. Полнтропическнй процесс. Уравнение полнтропы.
Явления переноса в газах. Средняя длина свободного пробега молеку ние столкновений и его вероятностный смь проводность и внутреннее трение. Связь ме переноса для идеального газа.Нестацнонар са. Перенос в разреженных газах. Эффузия модинамики. Обратимые и необратимые' процессы. Цикл Карно и теоремы Карно. Неравенство Клаузиуса. Второе начало термодинамики. Формулировка Клаузиуса и Томсона ~Кельвина).
Их эквивалент- ность. Термодинамическое определение энтропии. Закон возрас- тания энтропии. Парадокс Гиббса. Вероятностный смысл энтро- пии. Формула Больцмана. Термодинамические функции. Эффект Джоуля-Томсона. Реальные газы и жидкости. Взаимодействие молекул в реальных газах. Уравнещ1е Ван-дер- Ваальса. Внутренняя энергия реального газа. Критическое состо- яние, Область двухфазных состояний. Процессы аднабатического расширения.
Сжижение газов. Поведение вещества вблизи'абсо- лютного нуля. Третье начало термодинамики. Теория Ландау, ' Поверхностные явления в жидкостях.' Объемные свойства жидкостей. Поверхностное натяжение и' его термодинамическое описание. ' Коэффициент поверхностного натяжения. Краевой угол. Давление под искривленной поверхно- стью жидкости. Капиллярные явления. Формула Лапласа. Фазовые переходы.
Равновесие фаз и фазовые переходы. Скрытая теплота перехода. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Испарение и конденсация. Плавление и кристаллизация. Кипение жидкостей. Фазовые пере- ходы первого рода. Диаграммы состояния и тройные точки. Фа- зовые переходы второго рода. Свойства твердых тел. Кристаллические решетки'и симметрии в кристалле. Решетка Бране. Дефекты кристаллической решетки.. Классическая теория теплоемкости твердых тел. Закон Дюлонга и Пти. Квантовая тео- рия теплоемкости Эйнштейна. Явления переноса в твердых телах.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ВОЗДУХА Тема работьп ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА В ГАЗАХ Вопросы к допуску к выполнению лабораторной работы 1 1. Что такое теплопроводность? 2. Какова размерность коэффициента теплопроводности? 3. Получите расчетную формулу для коэффициента теплопроводности воздуха. 4. При каком условии можно исключить влияние диффузии на перенос тепла в газе? 5. Что позволяет в данной задаче не учитывать перенос тепла за счет конвенции? б. Как производится обработка результатов измерений? Вопросы к защите лабораторной работы 1 1.
Что такое термодинамические параметры? Какие термодинамические параметры вы знаете? 2. Выведите основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов. В чем состоит его физический смысл. 3. Какие состояния называются равновесными? неравновесными? 4. Какие явления переноса вам известны? В чем вх сущность? 5. Дайте определение теплопроводности. Запишите закон Фурье для теплопроводности.
Объясните, что такое градиент плотности. 6. Дайте определение диффузии. Запишите закон Фика для диффузии. Объясните, что такое градиент температуры. 7. Какова размерность коэффициентов диффузии, теплопроводности и вязкости. 8. Пользуясь молекулярно-кинетическими представлениями, покажите, от каких величин зависит: а) коэффициент теплопроводности газа; б) коэффициент диффузии. 9.
Как связан коэффициент теплопроводности газа с коэффици- ентами, характеризующими другие явления переноса? 10. Что такое средняя длина свободного пробега молекул? Зави- сит ли она от температуры, давления и от плотности газа? 11. Что такое эффективное сечение столкновений молекул газа? Как оно связано со средней длиной свободного пробега? 12. Как зависит эффективное сечение столкновений молекул га- за от плотности и температуры? 13. Что такое стационарные и нестационарные процессы пере- носа? 14. В чем особенность теплопроводности разреженных газов? 15. Что такое эффузия? Задания для самостоятельного решения Вариант 1 1. Один моль кислорода находится в сосуде под давлением рз. При неизменной температуре длина свободного пробега увеличилась в 2 раза, а давление стало рз.
Считая эффективный диаметр молекул неизменным, найти отношение рт/рз. 2. В сосуде объемом 1 л находится воздух при нормальных условиях. Найти общее число столкновений между молекулами воздуха в этом объеме за 1 с. 3. Определите коэффициент теплопроводности 1 азота, если коэффициент динамической вязкости для него при тех же условиях равен 10 мкПа с.. 4. Найти количество азота, прошедшего вследствие диффузии через площадку 100 ем~ за 10 с, если градиент плотности в направлении, перпендикулярном к площадке равен 1,2б кг/м4. Температура азота 27ОС, средняя длина свободного пробега молекул азота 10' см.
5. Как изменится плотность теплового потока при увеличении градиента температуры в три раза? б. Диаметр молекулы кислорода приблизительно равен 3- 10 а см. Вычислите среднюю длину свободного пробега.и сред- нее время между двумя столкновениями для молекул кислорода при нормальных давлении и температуре. 7. Теплопроводность гелия в 8,7 раза 'больше, чем у аргона (при нормальных условиях). Найти отношение эффективных диамет- ров аргоиа и гелия: 8. Найти коэффициент диффузии аргона при нормальных услови- ях считая, что для молекулы аргона длина свободно пробега рав- на 2,3 мкм.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
