Конспект лекций_ФИЗИКА_1сем (1175197), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

Приогромном числе молекул, некоторые из них отклоняются от равномерного распределения.Параметры состояния не остаются строго постоянными, а испытывают небольшиеколебания внутри своих равновесных состояний. Такие колебания называютсяфлуктуациями.Процесс – переход из одного равновесного состояния в другое.Релаксация – возвращение системы в равновесное состояние. Если система выведенаиз состояния равновесия и предоставлена самой себе, то есть, не подвержена внешнимвоздействиям, то в течение достаточно большого промежутка времени самопроизвольнопроисходит процесс перехода к равновесному состоянию.

Время перехода – времярелаксации.Если равновесие установилось, то система самопроизвольно не сможет выйти из него.Например, если опустить горячий камень в холодную воду, то через некоторое времянаступит равновесное состояние: температуры выровняются. Но обратный процессневозможен – температура камня самопроизвольно не увеличится.Атомная единица массы (а.е.м.) – единица массы, равная 1/12 массы изотопауглерода 12С – mC:.Атомная масса химического элемента (атомный вес) А есть отношение массы атомаэтого элемента mA к 1/12 изотопа углерода С12 (атомная масса – безразмерная величина)..Молекулярная масса (молекулярный вес).Отсюда можно найти массу атома и молекулы в килограммах:;.В термодинамике широко используют понятия киломоль, моль, число Авогадро ичисло Лошмидта.

Дадим определения этих величин.Моль – это стандартизированное количество любого вещества, находящегося вгазообразном, жидком или твердом состоянии.651 моль – количество грамм вещества, равное его молекулярной массе.Соответственно для киломоля: 1 – киломоль это количество килограмм вещества,равное его молекулярной массе.Или по-другому: количество вещества, масса которого, выраженная в килограммах,равна его молекулярному весу, называется киломолем μ:.Авогадро Амедео (1776–1856) – итальянский физик и химик.Основные физические работы посвящены молекулярной физике. Ужепервыми своими исследованиями в этой области заложил основымолекулярной теории, выдвинув молекулярную гипотезу.

Открылважный для химии и физики закон, по которому в равных объемахразличных газов при одинаковых условиях содержится одинаковоеколичество молекул (закон Авогадро). Исходя из этого закона,разработал метод определения молекулярного и атомного веса.В 1811 г. Авогадро высказал предположение, что число частиц в киломоле любоговещества постоянно и равно величине, названной впоследствии числом Авогадро:Молярная масса – масса одного моля (µ):При одинаковых температурах и давлениях все газы содержат в единице объёмаодинаковое число молекул. Число молекул идеального газа, содержащихся в 1 м3 принормальных условиях, называется числом Лошмидта:.Нормальные условия: P0 = 105 Па; Т0 = 273 КПод идеальным газом мы будем понимать газ, для которого:•••радиус взаимодействия двух молекул много меньше среднего расстояния междуними (молекулы взаимодействуют только при столкновении);столкновения молекул между собой и со стенками сосуда – абсолютно упругие(выполняются законы сохранения энергии и импульса);объем всех молекул газа много меньше объема, занятого газом.66Следует помнить, что классические представления в молекулярно-кинетическойтеории и термодинамике, как и вообще в микромире, не объясняют некоторые явления исвойства.

Здесь, как и в механике, условием применимости классических законов являетсявыполнение неравенства,где m – масса, υ – скорость, R – размер пространства движения частицы, ћ = 1,05·10–34кг·м2/с – постоянная Планка. В противном случае используются квантово-механическиепредставления.1.3.3.

Законы идеальных газовВ XVII – XIX веках были сформулированы опытные законы идеальных газов. Кратконапомним их.Изопроцессы идеального газа – процессы, при которых один из параметровостаётся неизменным.1. Изохорический процесс. Закон Шарля. V = const.Изохорическим процессом называется процесс, протекающий при постоянномобъёме V. Поведение газа при этом изохорическом процессе подчиняется закону Шарля:При постоянном объёме и неизменных значениях массы газа и его молярной массы,отношение давления газа к его абсолютной температуре остаётся постоянным: P/Т =const.График изохорического процесса на РV-диаграмме называется изохорой. Полезнознать график изохорического процесса на РТ- и VT-диаграммах (рис. 1.3.1).Уравнениеизохоры:(1.3.1)Рис.

1.3.1. Графики изохорического процессаЕсли температура газа выражена в градусах Цельсия, то уравнение изохорическогопроцесса записывается в виде(1.3.2)67где Р0 – давление при 0 °С, α - температурный коэффициент давления газа равный 1/273град-1. График такой зависимости на Рt-диаграмме имеет вид, показанный на рисунке1.3.2:Рис. 1.3.2.2. Изобарический процесс. Закон Гей-Люссака. Р = const.Изобарическим процессом называется процесс, протекающий при постоянномдавлении Р. Поведение газа при изобарическом процессе подчиняется закону ГейЛюссака:При постоянном давлении и неизменных значениях массы и газа и его молярноймассы, отношение объёма газа к его абсолютной температуре остаётся постоянным: V/T =const.График изобарического процесса на VT-диаграмме называется изобарой.

Полезнознать графики изобарического процесса на РV- и РT-диаграммах (рис. 1.3.3).Рис. 1.3.3. Графики изобарического процессаУравнение изобары:(1.3.3).Если температура газа выражена в градусах Цельсия, то уравнение изобарическогопроцесса записывается в виде(1.3.4)где α =1/273 град - температурный коэффициент объёмного расширения. График такойзависимости на Vt диаграмме имеет вид, показанный на рисунке 1.3.4.-168Рис. 1.3.43. Изотермический процесс. Закон Бойля – Мариотта.

T = const.Изотермическим процессом называется процесс, протекающий при постояннойтемпературе Т.Поведение идеального газа при изотермическом процессе подчиняется закону Бойля– Мариотта:При постоянной температуре и неизменных значениях массы газа и его молярноймассы, произведение объёма газа на его давление остаётся постоянным: PV = const.График изотермического процесса на РV-диаграмме называется изотермой. Полезнознать графики изотермического процесса на VT- и РT-диаграммах (рис. 1.3.5).Рис.

1.3.5. Графики изотермического процессаУравнение изотермы:(1.3.5)4. Адиабатический процесс (изоэнтропийный):Адиабатический процесс – термодинамический процесс, происходящий безтеплообмена с окружающей средой.5. Политропический процесс. Процесс, при котором теплоёмкость газа остаётсяпостоянной. Политропический процесс – общий случай всех перечисленных вышепроцессов.6.

Закон Авогадро. При одинаковых давлениях и одинаковых температурах, в равныхобъёмах различных идеальных газов содержится одинаковое число молекул. В одном молеразличных веществ содержится NA=6,02·1023молекул (число Авогадро).697. Закон Дальтона. Давление смеси идеальных газов равно сумме парциальныхдавлений Р, входящих в неё газов:(1.3.6)Парциальное давление Pn – давление, которое оказывал бы данный газ, если бы онодин занимал весь объем.При, давление смеси газов:(1.3.7)8.

Объединённый газовый закон (Закон Клапейрона).В соответствии с законами Бойля – Мариотта (1.3.5) и Гей-Люссака (1.3.3) можносделать заключение, что для данной массы газа(1.3.8)Клапейрон Бенуа Поль Эмиль (1799–1864) – французский физик иинженер. Физические исследования посвящены теплоте, пластичностии равновесию твердых тел. Придал математическую форму идеям Н.Карно, первым оценил большое научное значение его труда. Вывелуравнения состояния идеального газа. Впервые ввел в термодинамикуграфический метод.70ЛЕКЦИЯ 111.3.4.

Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева –Клапейрона)Уравнение, связывающее основные параметры состояния идеального газа, вывел великийрусский ученый Д.И. Менделеев.Менделеев Дмитрий Иванович (1834–1907) – русский ученый. Работы– преимущественно в области химии, а также физики, метрологии,метеорологии. Открыл в 1869 году один из фундаментальных законовприроды – периодический закон химических элементов и на его основесоздал периодическую таблицу химических элементов. Исправилзначения атомных весов многих элементов, предсказал существование исвойства новых. Предсказал существование критической температуры.

Вобласти метрологии разработал физическую теорию весов.Менделеев объединил известные нам законы Бойля – Мариотта, Гей-Люссака и Шарля сзаконом Авогадро. Уравнение, связывающее все эти законы, называется уравнениемМенделеева – Клапейрона и записывается так:(1.3.9)здесь- число молей. Еслиобозначим – плотность газа, то(1.3.10)Уравнение Менделеева – Клапейрона для смеси газов:(1.3.11)1.3.5. Давление.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теорииРассмотрим подробнее, что представляет собой один из основных параметров состояния –давление P. Ещё в XVIII веке Даниил Бернулли предположил, что давление газа естьследствие столкновения газовых молекул со стенками сосуда. Именно давление чащевсего является единственным сигналом присутствия газа.Итак, находящиеся под давлением газ или жидкость действуют с некоторой силой налюбую поверхность, ограничивающую их объем. В этом случае сила действует понормали к ограничивающей объем поверхности. Давление на поверхность равно:,71где ΔF – сила, действующая на поверхность площадью ΔS.Можно также говорить о давлении внутри газа или жидкости. Его можно измерить,помещая в газ или жидкость небольшой куб с тонкими стенками, наполненный той жесредой (рис. 1.3.6).Рис.

1.3.6.Поскольку среда покоится, на каждую грань куба со стороны среды действует одна ита же сила ΔF. В окрестности куба давление равно ΔF/ΔS, где ΔS – площадь грани куба.Из этого следует, что внутреннее давление является одним и тем же во всехнаправлениях и во всем объеме независимо от формы сосуда. Этот результат называетсязаконом Паскаля: если к некоторой части поверхности, ограничивающей газ илижидкость, приложено давление P0, то оно одинаково передается любой части этойповерхности.Допустим, автомобиль поднимается гидравлическим домкратом, состоящим, какпоказано на рисунке 1.3.7, из двух соединенных трубкой цилиндров с поршнями.

Характеристики

Список файлов учебной работы