Адиабатический и круговой процессы. Энтропия. Второе начало термодинамики.

Процесс, при котором отсутствует теплообмен м/у системой и окружающей средой.

Ур-ния: - ур-ие Пуассона, , , - показатель адиабаты (коэф Пуассона).

Круговой процесс – процесс, при котором система, пройдя ч/з ряд состояний возвращается в исходное. Если за цикл газ совершает работу A>0 (по часовой стрелке) – прямой процесс, ксли A<0 (против часовой стрелки) – обратный. КПД: .

Обратимый процесс – процесс, который может происходить как в прямом, так и в обратном направлениях.

Энтропия: .

2-е начало термодинамики:

1. любой необратимый процесс в замкнутой системе происходит так, что энтропия системы при этом возрастает (Больтсман).

2. невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты, полученной от нагревателя, в эквивалентную ей работу. (Кельвин).

3. невозможен круговой процесс, единств результатом которого является передача теплоты, от менее нагретого к более нагретому телу. (Клазиус). .

Т

T₁

T₁

епловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно.

Теп двиг

T₂

Хол маш

T₂

A

A

Цикл Карно: p 1 2 1 2 1 4 3 2

V

Реальные газы. Уравнения и изотермы Вандер-Вальса. Внутренняя энергия реальных газов.

Реальные газы – газы, св-ва которых зависят от взаимодействия молекул.

Учёт собственного объёма молекул. Фактически свободный объём, в котором могут двигаться молекулы реального газа V_m=b b – постоянная Вандервальса, характер собств объём молекул газа.

Учёт сил притяжения м/у молекулами приводит к появлению внутреннего давления. , а – пост Вандервальса, характ силы межможекулярного притяжения.

С учётом этих поправок уравнение состояния реального газа:

У р-ие Ван-дер-Ваальса для произвольной массы газа:

Изотермы:

При T>T_k – изотерма 1 реального газа отлич от изотермы идеального небольшим искажением формы.

При T=T_k – изотерма 2 имеет точку перегиба K, т.е. изотерма критич.

T<T_k – изотермы 3 и 4 имеют волнообразный уч-к.

1-3, 5-7 – при уменьш V_m, p увелич.

3-5 – при уменьш V_m, p умень (такие сост не осущ)

7-6-2-1 истинная изотерма

7-6 – газообразное состояние

2-1 – жидкое

2-6 – равновесие газообр и жидкой фаз в-ва.

Внутренняя энергия реального газа: складывается из кинетической энергии теплового движения молекул и потенциальной энергии молекулярного взаимодействия. .

Жидкости и их основные свойства.

Жидкость является агрегатным состоянием в-ва, промежуточным м/у газом и тв телом, обладающая свойствами как газа, так и тв.тела.

Св-ва:

1. поверхностное натяжение. Доп энергия, которой обладают молекулы жидкости в поверхностном слое – поверхностная энергия. ,

2. смачивание - зависит от характера сил, действ м/у молекулами поверхностных слоёв соприкасающихся сред. Если угол острый то жидкость смачивает твёрдую поверхность. Если угол тупой, то жидкость не смачивает, если равен нулю то полное смачивание, если 180 то полное не смачивание.

3. избыточное давление: ф-ла Лапласа: .

4. капиллярные явления. Высота подъёма жидкости в тонком капиляре: .

Твёрдое тело. Фазовые переходы. Диаграмма состояния.

Твёрдые тела характер наличием значительных сил межмолекулярного взаимод и сохраняют постоянными не только свой объём, но и форму.

Кристаллическая решётка – структура, для которой характерно регулярное расположение частиц с периодической повторяемостью в трёх измерениях.

Фаза – термодинамическое состояние в-ва, отличающееся по физ св-вам от других возможных равновесных состояний того же в-ва. Переход в-ва из одной фазы в другую – фазовый переход – всегда связан с качественными изменениями св-в в-ва.

Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона.

Алгебраическая сумма эл.зарядов любой замкнутой системы остаётся неизменной какие бы процессы не происходили бы внутри этой системы.

В зависимости от концентрации свободных зарядов все тела делятся на 3 типа: проводники, диэлектрики, п/п.

Точечный заряд – заряд, сосредоточенный на теле, линейные размеры которого пренебрежительно малы по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, с которыми он взаимодействует.

З-н Кулона: , ₀=8,85*10^-12 Ф/м – эл.пост.

Проводники и диэлектрики в эл.поле. конденсаторы.

Конденсаторы: плоские, цилиндрические и сферические.

Емкость: .

Эл.ток. сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение.

Эл.ток – любое упорядоченное (направленное движение заряженных частиц). Бывает: ток проводимости, конвекционный ток. Условие возникновения: наличие свободных носителей тока, наличие эл.поля (разности потенциалов).

Хар-ки: Сила тока , плотность тока

Сторонние силы: источник тока – устройство, которое создаёт и поддерживает в цепи разность потенциалов за счёт работы сил не эл.статич происхождения.

ЭДС – ФВ, определяемая работой сторонних сил при перемещении единичного заряда. E=A/Q₀.

Напряжение – ФВ, определяемая работой, совершаемой суммарным полем эл.статич (кулоновских) и сторонних сил при перемещении единичного положит сигнала. .

Закон Ома. Сопротивление проводников.

З-н Ома для уч-ка цепи: , .

Проводимость проводника: .

Удельная проводимость: .

Сопротивление проводников:

При послед соед: , при паралл: .

Работа и мощность тока. Закон Джоуля Ленца. Правила Кирхгофа.

Работа тока: мощность:

Если ток протекает по неподвижному Ме проводнику, то вся работа тока идёт на его нагревание. A=Q

З-н Джоуля Ленца: . Кол-во теплоты, выделяющееся за ед времени в единице объёме – удельная тепловая мощность .

Правила Кирхгофа:

1. - правило узла.

2. - правило контура.

Магнитное поле и его характеристики. Законы Ампера и Лоренца.

Силовое поле, возникающее в пространстве.

Силовая: Магнитная индукция

Напряжённость

Энергетическая: Магнитный поток: .

З-н Ампера: .

Правило левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы в неё входил вектор В, а четыре вытянутых пальца положить по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец покажет направление силы, действующей на ток.

Сила Лоренца: .

Электромагнитная индукция. Индуктивность и самоиндукция.

Явление ЭМИ закл в том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении потока М.И., охватываемого этим контуром, возникает эл.ток – индукционный.

Закон ЭМИ: - ЭМИ в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения м.потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром.

Знак «–» определяется по правилу Ленца: Индукционный ток в контуре имеет всегда такое направление, что создаваемое им М.П препятствует изменению м.потока, вызвавшему этот индукционный ток.

- индуктивность контура.

Возникновение ЭДС индукции в контуре при изменении в нём силы тока наз самоиндукцией. .

Взаимоиндукция. Трансформаторы. Энергия магнитного поля.

Явление возникновения ЭДС в одном из контуров при изменении силы тока в другом.

Трансформаторы – устройства, применяемые для повышения или понижения напряжения переменного тока, принцип действия которого основан на явлении взаимоиндукции. .

Виды: K>1 – повышающий, K<1 – понижающий, автотрансформатор.

Энергия М,П:

Объёмная плотность энергии М.П: .

Намагниченность. Магнитное поле в веществе.

Магнетики – в-ва, способные создавать своё собственное М.П при нахождении во внешнем М.П.

М.индукция результативного М.П: , - индукция внешнего намагничивающего поля. - намагниченность.

Все в-ва по своим магн св-вам делятся на 3 группы:

1. диамагнетики: ; ;

2. парамагнетики: ; ;

3. ферромагнетики: .

Механические и гармонические колебания.

Колебания – движения или процессы, которые характеризуются определённой повторяемостью во времени.

Свободные колебания – колебания, которые совершаются за счёт первоначально занесённой энергии при последующем отсутствии внешних воздействий на колебательную систему.

Затухающие колебания – колебания, амплитуды которых из-зи потерь энергии реальной колебат системы с течением времени уменьшается.

Вынужденные колебания – колебания, происходящие под действием внешней периодически изменяющейся силы.

Гармонические колебания – колебания, происходящие по гармоническому закону.

Ур-ие гармонич колебаний: , где S – смещение колеблющейся величины от положения равновесия.

Хар-ки колебаний:

1. период колебаний: ;

2. частота колебаний: .

Скорость и ускорение точки, совершающей колебания:

.

Механические колебания – неравномерные мат.точки по прямой, при которых её радиус-вектор меняется со временем по з-ну Sin и Cos.

Кинетическая энергия колеблющейся точки:

Потенциальная энергия: .

Полная энергия: .

Пружинный, физический и математический маятники.

Пружинный – груз, подвешенный на абсолютно упругой пружине и совершающий гармонические колебания под действием упругой силы F=–kx, где k – жёсткость пружины. , . .

Физический – твёрдое тело, совершающее под действием силы тяжести колебания вокруг неподвижной горизонтальной оси, проходящей ч/з точку О, не совпадающую с центром масс С тела. .

Математический маятник – идеализированная система, состоящая из мат.точки, подвешенной на нерастяжимой невесомой нити, и колеблющаяся под действием силы тяжести.

Свободные гармонические колебания, их сложение. Биение.

К.К. – цепь, состоящая из последовательно включенных R, L, C.

Тело, учавствуя в 2-х гармонич колебаниях одного направления и одинаковой частоты, совершает также гармоническое колебание в том же направлении и с той же частотой, что и складываемые колебания.

Биение – периодические изменения амплитуды колебания, возникающие при сложении 2-х гармонических колебаний с близкими частотами. , .

Переменный ток.

Ток, изменяющийся с течением времени по направлению и частоте.

Хар-ки: мгновенное значение: i, e, u – значение в момент времени; период: T – время, в течение которого совершается одно полное колебание; частота: f=1/T; угловая частота: ; среднее значение: ; действующее значение: .

Волновые процессы. Продольные и поперечные волны. Фазовая и групповая скорость.

Волновой процесс – процесс распространения колебаний в сплошной среде. Основное сво-во: перенос энергии без переноса в-ва.

В продольных волнах частицы колеблются в направлении распространения волны, возникают при деформации сжатия и растяжения; в поперечных – в плоскостях, перпендикулярных направлению распространения волны, возникают при деформации сдвига.

Упругие волны – механич возмущения, распространяющиеся в упругой среде (продольные и поперечные).

Фазовая скорость – скорость перемещения фазы волны .

Группавая скорость – скорость распространения группы волн.

Интерференция волн. Стоячие и звуковые волны.

Когерентность – согласование в пространстве и во времени нескольких колебательных и волновых процессов.

Когерентные волны – волны, разность фаз которых остаётся постоянной во времени.

Интерференция – наложение в пространстве 2-х ил нескольких когерентных волн, в рез которого в разных точках пространства получается усиление или ослабление результирующей волны в зависимости от соотношения м/у фазами этих волн.

Условие максимума и минимума: в точках, где - интерференционный максимум; - интерференционный минимум.

Стоячие волны – волны, образ при наложении 2-х бегущих волн, распростр на встречу друг другу с одинаковыми частотами и амплитудами. Ур-ие: .

В точках, где - амплитуда max, пучности стоячей волны; в точках, где - амплитуда нулевая узлы стоячей волны

Звуковые волны – распространяющиеся в среде упругие волны, обладающие частотами в пределах 16 – 20000 Гц.

Интенсивность звука – величина, определяемая средней по времени энергией, переносимой звуковой волной в единицу времени сквозь единичную площадку, перпендик направлению распространения волны: .

Громкость звука – интенсивность звука, зависящая от частоты. .

Высота звука – качество звука, определяемое человеком субъективно на слух и зависящее от частоты. С ростом частоты увеличивается высота.

Тембр звука – характер акустического спектра и распределения энергии м/у опред частотами.