Конспект лекций_ФИЗИКА_1сем (1175197), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Внутренняя энергия идеального газа. Работа и теплота. Первое началотермодинамики .................................................................................................................... 781.3.8. Теплоёмкость идеального газа. Уравнение Майера............................................... 801.3.9. Теплоёмкости одноатомных и многоатомных газов..............................................
83ЛЕКЦИЯ 13 .................................................................................................................................. 861.3.10. Закон о равномерном распределении энергии по степеням свободы ................ 861.3.11. Политропные процессы .......................................................................................... 881.3.12. Круговые обратимые и необратимые процессы ................................................... 88ЛЕКЦИЯ 14 .................................................................................................................................. 921.3.13. Тепловые машины ...................................................................................................
921.3.14. Цикл Карно (обратимый) ........................................................................................ 931.3.15. Работа и КПД цикла Карно..................................................................................... 941.3.16. Необратимый цикл. Холодильная машина ........................................................... 96ЛЕКЦИЯ 15 .................................................................................................................................. 981.3.17. Приведенная теплота.
Энтропия. Равенство Клаузиуса ...................................... 981.3.18. Изменение энтропии в изопроцессах .................................................................... 991.3.19. Второе начало термодинамики ............................................................................ 100ЛЕКЦИЯ 16 ................................................................................................................................ 1021.3.20. Статистический смысл энтропии .........................................................................
1021.3.21. Вероятность события. Понятие о распределении молекул газа по скоростям 1031.3.22. Функция распределения Максвелла .................................................................... 104ЛЕКЦИЯ 17 ................................................................................................................................ 1121.3.23.
Барометрическая формула .................................................................................... 1121.3.24. Распределение Больцмана .................................................................................... 1131.3.25. Явления переноса в газах ...................................................................................... 1141.3.26. Число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул в газах...
11531. Механика и молекулярная физикаЛЕКЦИЯ 11.1. Физические основы механики1.1.1. Предмет физики. Понятие механики. Модели в механикеФизика – наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерностиявлений природы, свойства и строение материи, и законы её движения.Главная цель любой науки, в том числе и физики, рассматривается обычно какприведение в систему представлений о сложных явлениях, регистрируемых нашимиорганами чувств, т.е. упорядочение того, что мы называем «окружающим нас миром».Окружающий нас мир, все существующее вокруг нас и обнаруживаемое намипосредством ощущений, представляет собой материю.
Материя – это объективнаяреальность, данная нам в ощущениях.Неотъемлемым свойством материи и формой её существования является движение –это в широком смысле слова всевозможные изменения материи – от простогоперемещения до сложнейших процессов мышления.Дать строгое определение предмета физики довольно сложно, потому что границы междуфизикой и рядом смежных дисциплин условные.Академик А.Ф. Иоффе (1880–1960), российский физик, определил физику как науку,изучающую общие свойства и законы движения вещества и поля.
В настоящее времяобщепринято, что все взаимодействия осуществляются посредством полей.Поле, наряду с веществом, является одной из форм существования материи.Неразрывная связь поля и вещества, а также различие в их свойствах будут рассмотренынами по мере изучения курса физики.Теория и эксперимент в физикеВ курсе физики мы часто будем использовать понятия: эксперимент, гипотеза, теория,модель, закон.Каждая наука определяется не только предметом изучения, но и специфическимиметодами, которые она применяет.
Основным методом исследования в физике являетсяопыт – наблюдение исследуемых явлений в точно учитываемых условиях, позволяющихследить за ходом явлений, многократно воспроизводить его при повторении этих условий.Наиболее широко в науке используется индуктивный метод, заключающийся внакоплении фактов и последующем их обобщении для выявления общей закономерности– гипотезы.
На следующем этапе познания ставят специальные эксперименты дляпроверки гипотезы. Если результаты эксперимента не противоречат гипотезе, топоследняя получает статус теории.4Великие научные теории, как творческие достижения, можно сравнить с великимитворениями литературы и искусства. Однако, наука всё же существенно отличается отдругих видов творческой деятельности человека, и основное отличие состоит в том, чтонаука требует проверки своих понятий или теорий – её предсказания должныподтверждаться эксперимент.Пытаясь понять и объяснить определенный класс явлений, ученые часто прибегают киспользованию модели.
При этом под моделью понимают некоторый мысленный образявления, опирающийся на уже известные понятия и позволяющий построить полезнуюаналогию.Эйнштейн Альберт (1879–1955) – выдающийся физик-теоретик, один из основателейсовременной физики, создатель специальной и общей теории относительности,коренным образом изменивших представления о пространстве, времени и материи.Исходя из своей теории, открыл в 1905 г. закон взаимосвязи массы и энергии.Под влиянием СТО Эйнштейна существенно изменилось наше представление опространстве и времени. Более того, мы пришли к пониманию взаимосвязи массы иэнергии (на основе знаменитого соотношения). Таким образом, теорияотносительности резко изменила наши взгляды на природу физического мира.Примером может служить волновая модель света.
Световые волны нельзя наблюдатьподобно тому, как мы видим волны на воде, однако результаты опытов со светомуказывают на его большое сходство с волнами на воде. Другой пример – модель атома,которую много раз строили и усовершенствовали.Модельное представление всегда строится на основе какого-либо закона. Закономназывают некоторые краткие, но достаточно общие утверждения относительно характераявлений природы (таково, например, утверждение о сохранении импульса).
Иногдаподобные утверждения принимают форму определенных соотношений междувеличинами, описывающими явления, например закон всемирного тяготения Ньютона,согласно которому:(1.1.1)Для того чтобы называться законом, утверждение должно выдержать экспериментальнуюпроверку в широком классе наблюдаемых явлений. Т.е. закон представляет объединяющееначало для многих наблюдений. Это ведущий принцип, который высвечиваетзакономерности явлений природы.Таков путь развития знания. Однако известны случаи, когда путь открытия былпротивоположным описанному.
Это так называемый дедуктивный метод, когда наоснове общих закономерностей выделяются частные явления. Так, на основе законавсемирного тяготения, Лаверье в 1848 г. открыл планету Нептун, а Тамбо в 1930 г. –Плутон.Механика – часть физики, которая изучает закономерности механического движения ипричины, вызывающие или изменяющие это движение.5Механическое движение – это изменение с течением времени взаимногорасположения тел или их частей.Механика вообще подразделяется на три части: статику, кинематику и динамику.Кинематика (от греческого слова kinema – движение) – раздел механики, в которомизучаются геометрические свойства движения тел без учета их массы и действующих наних сил.Динамика (от греческого dynamis – сила) изучает движения тел в связи с темипричинами, которые обусловливают это движение.Статика (от греческого statike – равновесие) изучает условия равновесия тел.Поскольку равновесие есть частный случай движения, законы статики являютсяестественным следствием законов динамики и в данном курсе не изучаются.Без знаний механики невозможно представить себе развитие современногомашиностроения.
Развитие механики, как науки, начиналось с III в. до н.э., когдадревнегреческий ученый Архимед (287–312 до н.э.) сформулировал закон рычага и законыравновесия плавающих тел. Основные законы механики установлены итальянскимфизиком и астрономом Г. Галилеем (1564–1642) и окончательно сформулированыанглийским физиком И. Ньютоном (1643–1727).Механика Галилея и Ньютона называется классической, т.к.
она рассматриваетдвижение макроскопических тел со скоростями значительно меньшими, чем скоростьсвета в вакууме.Для описания движения тел в зависимости от условий задачи используют различныефизические модели. Чаще других используют понятия абсолютно твердого тела иматериальной точки.Движение тел происходит под действием сил.
Под действием внешних сил тела могутдеформироваться, т.е. изменять свои размеры и форму.Тело, деформацией которого можно пренебречь в условиях данной задачи, называютабсолютно твердым телом (хотя абсолютно твердых тел в природе не существует).Тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь, называетсяматериальной точкой.Можно ли данное тело рассматривать как материальную точку или нет, зависит не отразмеров тела, а от условия задачи (например, наше огромное Солнце тоже материальнаяточка в Солнечной системе).1.1.2. Кинематика материальной точки.
Система отсчета, тело отсчетаВсякое движение относительно, поэтому для описания движения необходимо условиться,относительно какого другого тела будет отсчитываться перемещение данного тела.Выбранное для этой цели тело называют телом отсчета.6Для описания движения практически приходится связывать с телом систему отсчетакоординат (декартова, сферическая и т.д.).Система отсчета – совокупность системы координат и часов, связанных с телом,относительно которого изучается движение.Движения тела, как и материи, вообще не может быть вне времени и пространства.Материя, пространство и время неразрывно связаны между собой (нет пространства безматерии и времени, и наоборот).Пространство трехмерно, поэтому «естественной» системой координат являетсядекартова прямоугольная система координат, которой мы, в основном, и будемпользоваться.В декартовой системе координат, используемой наиболее часто, положение точки А вданный момент времени по отношению к этой системе характеризуется тремякоординатами x, y, z или радиус-вектором , проведенным из начала координат в даннуюточку (рис.1.1.1).Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
