ответы по физике

Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки:

Если поставить левую руку так, чтобы перпендикулярная скорости составляющая вектора индукции входила в ладонь, а четыре пальца были бы расположены по направлению скорости движения положительного заряда (или против направления скорости отрицательного заряда), то отогнутый большой палец укажет направление силы Лоренца

Так как сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости заряда, то она не совершает работы

Движение частицы с зарядом q и массой m в однородном постоянном электрическом поле напряженностью . Напряженность поля в этом случае не зависит ни от координат, ни от времени (такое поле возникает, например, в заряженном плоском конденсаторе, отсоединенном от источника). Следовательно, на заряженную частицу со стороны поля действует постоянная сила , которая сообщает

При движении заряженной частицы в однородном постоянном магнитном поле на нее действует сила Лоренца . Если

начальная скорость частицы перпендикулярна вектору магнитной индукции поля, то заряженная частица движется по окружности

5.Работа магнитного поля при движении проводника с током. Магнитный поток. Индуктивность контура. Индуктивность соленоида

Работа, совершаемая магнитным полем, равна

так как ldx=dS — площадь, пересекаемая проводником при его перемещении в магнитном поле, BdS=dФ — поток вектора магнитной индукции, пронизывающий эту площадь.

Магнитным потоком через поверхность называется величина Ф, определяемая соотношением:

Φ = B · S · cos α

Единица измерения магнитного потока в систем СИ - 1 Вебер (1 Вб).

1 Вб = 1 Тл · 1 м2

Индуктивность (или коэффициент самоиндукции) — коэффициент пропорциональности между электрическим током, текущим в каком-либо замкнутом контуре, и магнитным потоком, создаваемым этим током через поверхность, краем которой является этот контур.

В формуле

— магнитный поток, — ток в контуре, — индуктивность. формула для индуктивности соленоида (без сердечника):

Если катушка внутри полностью заполнена магнитным материалом (сердечником), то индуктивность отличается на множитель — относительную магнитную проницаемость[14] сердечника:

6.Электромагнитная индукция. Э.Д.С. индукции. Самоиндукция. Энергия магнитного поля.

Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.

Величина ЭДС индукции в контуре определяется выражением

21

где — поток магнитного поля через замкнутую поверхность , ограниченную контуром. Знак «−» перед выражением показывает, что индукционный ток, созданный ЭДС индукции, препятствует изменению магнитного потока в контуре

Самоиндукция — возникновение ЭДС индукции в замкнутом проводящем контуре при изменении тока, протекающего по контуру.

.

энергия Wм магнитного поля катушки с индуктивностью L, создаваемого током I, равна

7.Колебательный контур. Электромагнитные колебания. Период электромагнитных колебаний( Формула Томсона). Открытый колебательный контур(антенна).

Колебательный контур — осциллятор, представляющий собой электрическую цепь, содержащую соединённые катушку индуктивности и конденсатор.

Колебательный контур — простейшая система, в которой могут происходить свободные электромагнитные колебания

Периодические изменения во времени электрического заряда (силы тока, напряжения) называются электромагнитными колебаниями.

ЭМ колебания: энергия заряженного конденсатора постепенно превращается в энергию магнитного поля катушки, и наоборот.

-формула Томсона, формула периода электромагнитных колебаний в колебательном контуре.

-длина электромагнитной волны и период колебаний.

-частота электромагнитных колебаний.

. Если контур состоит из катушки и двух пластин плоского конденсатора, не параллельных друг другу, то чем под большим углом развернуты эти пластины. тем более свободно выходит электромагнитное поле в окружающее пространство .Предельным случаем раскрытия к0олебательного контура является удаление пластин конденсатора на противоположные концы прямой катушки. Такая система называется открытым колебательным контуром . Изображение пластин конденсатора на концах катушки открытого колебательного контура является лишь условностью. В действительности контур состоит из катушки и длинного провода — антенны. Один конец антенны заземлен, второй поднят над. поверхностью земли

8.Основные положения теории электромагнитного поля Максвелла. Возникновение (образование) электромагнитной волны.

Основные положения теории Максвелла

1.Переменное магнитное поле порождает в окружающем пространстве

вихревое электрическое поле.

2.Переменное электрическое поле порождает в окружающем пространстве магнитное поле.

3.Силовые линии магнитного поля всегда замкнуты.

4.Электрическое поле с незамкнутыми линиями порождается электрическими зарядами.

Электромагнитное поле в каждой точке пространства характеризуется напряженностью Е и индукцией В. Возникновение электромагнитной волны можно представить так: в некоторой области пространства возникают колебания электрического заряда, например между контактами электрической цепи проскакивает искра. Это повлечет за собой колебания вектора напряженности Е, т. е. его модуль и направление станут периодически меняться. Согласно теории Максвелла, в этой же области будут происходить колебания вектора магнитной индукции Б. Эти колебания порождают электромагнитные волны, распространяющиеся в пространстве.

Теория Максвелла показала, что электромагнитные волны — волны поперечные, их скорость распространения в вакууме примерно равна 300 000 км/с, эта волна несет энергию.

22

КВАНТОВАЯ ОПТИКА. ФИЗИКА МИКРОМИРА. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА.

1.Тепловое излучение. Его энергетические характеристики. Закон Кирхгофа, СтефанаБольцмана, Вина. Постулат Планка.

Тепловое излучение — электромагнитное излучение с непрерывным спектром, испускаемое нагретыми телами за счёт их тепловой энергии.

Основные свойства теплового излучения

Тепловое излучение происходит по всему спектру частот от нуля до бесконечности

Интенсивность теплового излучения неравномерна по частотам и имеет явно выраженный максимум при определенной частоте

C ростом температуры общая интенсивность теплового излучения возрастает

C ростом температуры максимум излучения смещается в сторону больших частот (меньших длин волн)

Тепловое излучение характерно для тел независимо от их агрегатного состояния

Отличительным свойством теплового излучения является равновесный характер излучения. Это значит, что если мы поместим тело в термоизолированный сосуд, то количество поглощаемой энергии всегда будет равно количеству испускаемой энергии.

Основные понятия и характеристики теплового излучения

Энергетическая светимость тела -- физическая величина, являющаяся функцией температуры и численно равная энергии, испускаемой телом в единицу времени с единицы площади поверхности по всем направлениям и по всему спектру частот.

;Дж/с·м²=Вт/м²

Спектральная плотность энергетической светимости — функция частоты и температуры характеризующая распределение энергии излучения по всему спектру частот (или длин волн).

Аналогичную функцию можно написать и через длину волны

Можно доказать, что спектральная плотность энергетической светимости, выраженная через частоту и длину волны, связаны соотношением:

Поглощающая способность тела — — функция частоты и температуры, показывающая, какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, поглощается телом в области частот вблизи

где — поток энергии, поглощающейся телом.

— поток энергии, падающий на тело в области вблизи

Отражающая способность тела — — функция частоты и температуры, показывающая какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, отражается от него в области частот вблизи

где — поток энергии, отражающейся от тела.

— поток энергии, падающий на тело в области вблизи

Абсолютно черное тело — это физическая абстракция (модель), под которой понимают тело, полностью поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение

— для абсолютно черного тела

23

Серое тело — это такое тело, коэффициент поглощения которого не зависит от частоты, а зависит только от температуры

— для серого тела

Объемная плотность энергии излучения — — функция температуры, численно равная энергии электромагнитного излучения в единицу объема по всему спектру частот

Спектральная плотность энергии — — функция частоты и температуры, связанная с объемной плотностью излучения формулой:

Следует отметить, что спектральная плотность энергетической светимости для абсолютно черного тела связана со спектральной плотностью энергии следующим соотношением:

— для абсолютно черного тела

Закон Стефана — Больцмана — закон излучения абсолютно чёрного тела. Определяет зависимость мощности излучения абсолютно чёрного тела от его температуры. Формулировка закона:

Мощность излучения абсолютно чёрного тела прямо пропорциональна площади поверхности и четвёртой степени температуры тела:

где - степень черноты (для всех веществ , для абсолютно черного тела ). При помощи закона Планка для излучения, постоянную можно определить как

где — постоянная Планка, — постоянная Больцмана, — скорость света.

Численное значение Дж·с−1·м−2 · К−4.

Закон излучения Кирхгофа-Отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы и химической природы.

Закон смещения Вина даёт зависимость длины волны, на которой поток излучения энергии чёрного тела достигает своего максимума, от температуры чёрного тела.

где T — температура в кельвинах, а — длина волны с максимальной интенсивностью в метрах. Следует отметить, что

коэффициент b, называемый постоянной Вина, и имеющий значение , в данной формуле имеет при этом размерность [ м К].

Согласно постулату Планка: энтропия правильно сформированного кристалла индивидуального вещества при абсолютной температуре Т=О К равна нулю. Правильно сформированный (идеальный) кристалл—это бездефектный кристалл, в решетке которого атомы занимают узлы в строгом соответствии с геометрическими законами.

2.Фотоэлектрический эффект. Вольтамперная характеристика фототока. Опытные закономерности фотоэффекта. Уравнение

Эйнштейна для фотоэффекта.

Фотоэффект — это испускание электронов веществом под действием света (и, вообще говоря, любого электромагнитного излучения).

Законы фотоэффекта:

Формулировка 1-го закона фотоэффекта: количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за единицу времени на данной частоте, прямо пропорционально световому потоку, освещающему металл.

Согласно 2-му закону фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

3-ий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света (или максимальная длина волны λ0), при которой ещё возможен фотоэффект, и если , то фотоэффект уже не происходит.

24

ВАХ - зависимость силы фототока I от напряжения U между электродами ( анодом и катодом).

— уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

3.Фотоны. Корпускулярно-волновая природа света и частиц.

Фотон — элементарная частица, квант электромагнитного излучения (в узком смысле — света). Это безмассовая частица, способная существовать только двигаясь со скоростью света. Электрический заряд фотона также равен нулю. Фотон может находиться только в двух спиновых состояниях с проекциейспина на направление движения (спиральностью) ±1. Этому свойству в классической электродинамике соответствует круговая правая и левая поляризация электромагнитной волны. Фотону как квантовой частице свойственен корпускулярно-волновой дуализм, он проявляет одновременно свойства частицы и волны.

Корпускулярно-волновая двойственность света

Такие явления, как интерференция и дифракция света, убедительно свидетельствуют о волновой природе света. В то же время закономерности равновесного теплового излучения, фотоэффекта и эффекта Комптона можно успешно истолковать с классической точки зрения только на основе представлений о свете, как о потоке дискретных фотонов. Однако волновой и корпускулярный способы описания света не противоречат, а взаимно дополняют друг друга, так как свет одновременно обладает и волновыми и корпускулярными свойствами.

Волновые свойства света играют определяющую роль в закономерностях его интерференции, дифракции, поляризации, а корпускулярные — в процессах взаимодействия света с веществом. Чем больше длина волны света, тем меньше импульс и энергия фотона и тем труднее обнаружить корпускулярные свойства света. Например, внешний фотоэффект происходит только при энергиях фотонов, больших или равных работе выхода электрона из вещества. Чем меньше длина волны электромагнитного излучения, тем больше энергия и импульс фотонов и тем труднее обнаружить волновые свойства этого излучения. Например, рентгеновское излучение дифрагирует только на очень «тонкой» дифракционной решетке — кристаллической решетке твердого тела.

Формула де Бройля устанавливает зависимость длины волны , связанной с движущейся частицей вещества, от импульса частицы:

4.Ядерная модель атома. Результаты квантово-механического рассмотрения поведения электрона в водородоподобном атоме. Излучение и поглощение энергии атомами и молекулами.

Ядерная(Планетарная)МодельАтома

На основании результатов своих экспериментов Э. Резерфорд предложил модель атома, по которой в центре атома расположено положительно заряженное ядро диаметром порядка 10 15 м, в котором сосредоточена почти вся масса атома. Вокруг ядра, подобно планетам солнечной системы, обращаются электроны. Так как атом в обычном состоянии электронейтрален, то суммарный заряд электронов равен по модулю заряду ядра.

Пpи излучении света атом скачком пеpеходит с одного энеpгетического уpовня на дpугой. Его энеpгия изменяется на конечную и на вполне опpеделенную величину, pавную энеpгии фотона.

Таким обpазом, в основе всей теоpии излучения (и поглощения) света атомами лежит пpостая фоpмула, введенная в 1913 году Н. Боpом:

5.Состав ядер атомов. Радиоактивность ядер. Реакции деления и синтеза ядер.

Ядро атома любого вещества состоит из протонов и нейтронов. (Общее название протонов и нейтронов — нуклоны.) Число протонов равно заряду ядра и совпадает с номером элемента в таблице Менделеева. Сумма числа протонов и нейтронов равна массовому числу.

Химические вещества, занимающие одно и то же место в таблице Менделеева, но имеющие разную атомную массу, называются изотопами. Ядра изотопов отличаются числом нейтронов.

Радиоактивность- самопроизвольное (спонтанное) превращение неустойчивого изотопа химического элемента в другой изотоп (обычно - изотоп другого элемента). Сущность явления Р. состоит в самопроизвольном изменении состава атомного ядра, находящегося в основном состоянии либо в возбуждённом долгоживущем (метастабильном) состоянии. Такие превращения сопровождаются испусканием ядрами элементарных частиц либо других ядер, например ядер 2He (a-частиц). Все известные типы

25

радиоактивных превращений являются следствием фундаментальных взаимодействий микромира: сильных взаимодействий (ядерные силы) или слабых взаимодействий.

Ядерная реакция деления — процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, называемых осколками деления. В результате деления могут возникать и другие продукты реакции: лёгкие ядра (в основном альфачастицы), нейтроны и гамма-кванты. Деление бывает спонтанным (самопроизвольным) и вынужденным (в результате взаимодействия

с другими частицами, прежде всего, с нейтронами). Деление тяжёлых ядер — экзоэнергетический процесс, в результате которого высвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции, а также излучения.

Деление ядер служит источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии Ядерная реакция синтеза — процесс слияния двух атомных ядер с образованием нового, более тяжелого ядра.

Кроме нового ядра, в ходе реакции синтеза, как правило, образуются так же различные элементарные частицы и (или) кванты электромагнитного излучения.

Без подвода внешней энергии слияние ядер невозможно, так как положительно заряженные ядра испытывают силы электростатического отталкивания — это так называемый «Кулоновский барьер». Для синтеза ядер необходимо сблизить их на расстояние порядка 10−15 м, на котором действие сильного взаимодействия будет превышать силы электростатического отталкивания. Это возможно в случае, если кинетическая энергия сближающихся ядер превышает кулоновский барьер.

Такие условия могут сложится в двух случаях:

Если атомные ядра (ионы, протоны или α-частицы) обладающие большой кинетической энергией встречают на своем пути другие атомные ядра. В природе это возможно, например, при столкновении частиц ионизированного газа, например в ионосфере Земли, с частицами космических лучей. Искусственно такие реакции реализуются в вакуумных камерах с использованием естественных

источников высокоэнергетических α-частиц (впервые 1919, Э.Резерфорд), а так же ускорителях заряженных частиц (впервые 1931, Р.Ван-де-Грааф)[4] и установках на подобие фузора или реактора «Поливелл» в которых кинетическая

энергия заряженным частицам придается электрическим полем. Таким путем были получены первые искусственные ядерные реакции синтеза и многие искусственно синтезированные химические элементы.

Если вещество нагревается до чрезвычайно высоких температур в звезде или термоядерном реакторе. Согласно кинетической теории, кинетическую энергию движущихся микрочастиц вещества (атомов, молекул или ионов) можно представить в виде температуры, а следовательно, нагревая вещество можно достичь ядерной реакции синтеза. В таком случае говорят о термоядерном синтезе или термоядерной реакции.

6.Элементарные и фундаментальные частицы. Обменный механизм взаимодействий.

Элементарная частица — собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части.

Фундаментальная частица — бесструктурная элементарная частица, которую до настоящего времени не удалось описать как составную. В настоящее время термин применяется преимущественно для лептонов и кварков (по 6 частиц каждого рода, вместе с античастицами, составляют набор из 24 фундаментальных частиц) в совокупности с калибровочными бозонами (частицамипереносчиками фундаментальных взаимодействий).

Фундаментальные взаимодействия. Процессы, в которых участвуют различные элементарные частицы, сильно различаются по энергиям и характерным временам их протекания. Согласно современным представлениям, в природе осуществляется четыре вида взаимодействий, которые не могут быть сведены к другим, более простым видам: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. Эти виды взаимодействий называют фундаментальными.

Сильное (или ядерное) взаимодействие – наиболее интенсивное. Оно обуславливает исключительно прочную связь между протонами и нейтронами в ядрах атомов. В сильном взаимодействии могут принимать участие только тяжелые частицы – адроны (мезоны и барионы). Сильное взаимодействие проявляется на расстояниях порядка 10–15 м и менее. Поэтому его называют короткодействующим.

Электромагнитное взаимодействие. В нем могут принимать участие любые электрически заряженные частицы, а так же фотоны – кванты электромагнитного поля. Электромагнитное взаимодействие ответственно, в частности, за существование атомов и молекул. Оно определяет многие свойства веществ в твердом, жидком и газообразном состояниях. Кулоновское отталкивание протонов приводит к неустойчивости ядер с большими массовыми числами. Электромагнитное взаимодействие обуславливает процессы поглощения и излучения фотонов атомами и молекулами вещества и многие другие процессы физики микро- и макромира.

Слабое взаимодействие – определяет ход наиболее медленных процессов, протекающих в микромире. В нем могут принимать участие любые элементарные частицы, кроме фотонов. Слабое взаимодействие ответственно за протекание процессов с участием нейтрино или антинейтрино, например, β-распад нейтрона

7.Молекулярно=кинетические представления о строении вещества и различных агрегатных состояниях. Статистический метод описания состояния и поведения систем многих частиц. Распределение молекул идеального газа по состояниям.

Молекулярно - кинетические представления о веществе:

Молекулярно-кинетическая теория (сокращённо МКТ) — теория XIX века, рассматривавшая строение вещества, в основном газов, с точки зрения трёх основных приближенно верных положений:

все тела состоят из частиц: атомов, молекул и ионов;

частицы находятся в непрерывном хаотическом движении (тепловом);

26

частицы взаимодействуют друг с другом путём абсолютно упругих столкновений. Основными доказательствами этих положений считались:

Диффузия

Броуновское движение

Изменение агрегатных состояний вещества

Статистический метод описания систем большого числа частиц основан на большом многообразии законов природы, которые не проявляют себя при анализе поведения нескольких частиц (если частицы не являются квантовыми!), однако великолепно (с большой точностью!) работают, если число частиц велико. Для квантовых частиц статистический метод необходимо применять даже для изучения небольшого количества частиц. Статистический метод рассматривает параметры движения частиц (например, координата, направление и модуль скорости частицы) как случайные величины, оперирует с усредненными характеристиками системы частиц, с функциями распределения, с вероятностями обнаружения частицы в том или ином состоянии. Идеальный газ. Статистический и термодинамический методы изучения систем большого числа частиц дополняют друг друга. При их применении чрезвычайно полезной является модель идеального газа – наиболее простая модель системы многих частиц. По определению, идеальным газом называется большое число точечных материальных частиц с конечной массой, между которыми отсутствуют силы взаимодействия, действующие на расстоянии, и которые сталкиваются между собой по законам соударения шаров. Простота модели делает ее удобной для знакомства с методами изучения систем большого числа частиц.

8.Термодинамические параметры. Их связь со средними значениями характеристик молекул: основное уравнение мкт идеального газа, внутренняя энергия идеального газа, температура, термодинамическая вероятность и энтропия.

Параметры состояния, термодинамические параметры — физические величины, характеризующие состояние термодинамической системы: температура, давление, удельный объём, намагниченность, электрическая поляризация и др. Различают экстенсивные параметры состояния, пропорциональные массе системы:

объём,

внутренняя энергия,

энтропия,

энтальпия,

энергия Гиббса,

энергия Гельмгольца (свободная энергия),

иинтенсивные параметры состояния, не зависящие от массы системы:

давление,

температура,

концентрация,

магнитная индукция и др.

Не все параметры состояния независимы, так что равновесное состояние системы можно однозначно определить, установив значения ограниченного числа параметров состояния.

Основное уравнение МКТ

, где k является постоянной Больцмана (отношение универсальной газовой постоянной0 R к числу

Авогадро NA), i — число степеней свободы молекул ( в большинстве задач про идеальные газы, где молекулы предполагаются сферами малого радиуса, физическим аналогом которых могут служить инертные газы), а T - абсолютная температура.

Основное уравнение МКТ связывает макроскопические параметры (давление, объём, температура) газовой системы с микроскопическими (масса молекул, средняя скорость их движения).

Для любой массы m газа, т.е. для любого числа киломолей внутренняя энергия

Термодинамическая вероятность — число способов, которыми может быть реализовано состояние физической системы. Вероятность термодинамическая связана с одной из основных макроскопических характеристик системы энтропией S соотношением Больцмана: , где — Больцмана постоянная.

27

9.Уравнение состояние идеального газа и газа Ван-дер-Ваальса. Изотермы идеального газа, газа Ван-дер-Ваальса, реального газа

Уравнение состояния идеального газа (иногда уравнение Клапейрона или уравнение Менделеева — Клапейрона) — формула, устанавливающая зависимость между давлением,молярным объёмом и абсолютной температурой идеального газа. Уравнение имеет вид:

Термическим уравнением состояния (или, часто, просто уравнением состояния) называется связь между давлением, объёмом и температурой.

Для молей газа Ван-дер-Ваальса уравнение состояния выглядит так:

где

 — объём,

Для реального газа

Для газа Ван-дер-Ваальса

28

для идеального газа.

10.Внутренняя энергия и способы ее изменения. Способы теплопередачи. Количество теплоты и теплоемкость. Первый закон термодинамики как закон сохранения энергии. Классическая теория теплоемкости, расхождение ее результатов с экспериментальными.

Внутренняя энергия — это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.

Внутренняя энергия зависит от температуры тела, его агрегатного состояния, от химических, атомных и ядерных реакций. Она не зависит ни от механического движения тела, ни от положения этого тела относительно других тел.

Внутреннюю энергию можно изменить путем совершения работы и теплопередачи. Если над телом совершается работа, то внутренняя энергия тела увеличивается; если же это тело совершает работу, то его внутренняя энергия уменьшается.

Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.

Теплопроводность — это перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретымв результате теплового движения и взаимодействия частиц.

Хорошую теплопроводность имеют металлы, у жидкостей теплопроводность невелика, и малую теплопроводность имеют газы. Степень теплопроводности тел учитывается при конструировании машин, в строительном деле, холодильных установках.

Конвекция — это процесс теплопередачи путем переноса энергии потоками жидкости или газа. Явление конвекции проявляется при отоплении и охлаждении жилых помещений, при образовании тяги в печных и заводских трубах, а также ветров в атмосфере.

Излучение — это процесс переноса энергии от одного тела к другому с помощью тепловых (инфракрасных), видимых и других лучей. При одной и той же температуре тела с темной поверхностью сильнее излучают (поглощают) энергию, чем со светлой. Это явление учитывается человеком в быту (светлые тона одежды в теплые периоды года), в технике (окраска холодильников, самолетов, космических кораблей), в земледелии (парники и теплицы).

Количеством теплоты (Q) называется изменение внутренней энергии тела, происходящее в результате теплопередачи.

Удельная теплоемкость вещества показывает, какое количество теплоты необходимо, чтобы изменить температуру единицы массы данного вещества на 1°С.

Единица удельной теплоемкости в системе СИ : [c] = 1Дж/кг·градусС.

Первый закон термодинамики является обобщением закона сохранения и превращения энергии для термодинамической системы. Он формулируется следующим образом:

Изменение U внутренней энергии неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты Q, переданной системе, и работой A, совершенной системой над внешними телами.

U = Q – A.

Классическая теория теплоемкости не учитывает квантового характера периодических ( колебательных и вращательных) движений.

Классическая теория теплоемкости не может объяснить зависимость теплоемкости газов от температуры. Остается только предположить, что эта теория справедлива для весьма ограниченного числа случаев.

Классическая теория теплоемкостей газов приводит к серьезным расхождениям с опытными данными. Прежде всего теория приводит к выводу о независимости теплоемкости от температуры, в то время, как данные экспериментов показывают, что для всех веществ, в том числе и для газов, теплоемкость растет с увеличением температуры, а при достаточно низких термодинамических температурах быстро убывает с понижением температуры и стремится к нулю при Т - 0 К.

Классическая теория теплоемкости газов, даже дополненная чуждым ее основам допущением, что степени свободы вращательного и колебательного движений возбуждаются в определенной последовательности, не может удовлетворительно объяснить зависимость теплоемкости газов от температуры. Так как в основе классической теории теплоемкости газов лежит закон о равномерном

29

распределении энергии по степеням свободы молекул, то приходится допустить, это этот закон справедлив ограниченно. Это объясняется тем, что при выводе этого закона предполагалось, что движение молекул подчиняется законам классической механики и классической статистики, а это верно только при высоких температурах.

11.Уравнения изопроцессов. Работа газа, теплоемкость, изменение внутренней энергии, первый закон термодинамики, изменение энтропии при изопроцессах.

Изобарный процесс — процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном давлении ()

Изохорный процесс — процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объёме (). Для идеальных газов изохорический процесс описывается законом Шарля: для данной массы газа при постоянном объёме, давление прямо пропорционально температуре:

Изотермический процесс — процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянной температуре ( )(). Изотермический процесс описывается законом Бойля — Мариотта:

При постоянной температуре и неизменных значениях массы газа и его молярной массы, произведение объёма газа на его давление остаётся постоянным: PV = const.

Изоэнтропийный процесс — процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянной энтропии ( ). Изоэнтропийным является, например, обратимый адиабатический процесс: в таком процессе не происходит теплообмена с окружающей средой. Идеальный газ в таком процессе описывается следующим уравнением:

где — показатель адиабаты, определяемый типом газа.

В изобарном процессе расширения газа P = const. Следовательно, при любом сколь угодно большом увеличении объема сила давления газа на поршень будет постоянной, и формула работы сохранит свой вид

A = P·(V2 - V1).

Теплоёмкость тела (обычно обозначается латинской буквой C) — физическая величина, определяющая отношение бесконечно малого количества теплоты δQ, полученного телом, к соответствующему приращению его температуры δT:

Единица измерения теплоёмкости в системе СИ — Дж/К.

изменение внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое будет всегда равно разности между ее значениями в конечном и начальном состояниях, независимо от пути, по которому совершался переход.

Внутреннюю энергию тела нельзя измерить напрямую. Можно определить только изменение внутренней энергии:

Изменение U внутренней энергии неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты Q, переданной системе, и работой A, совершенной системой над внешними телами.

U = Q – A.

адиабатический: , т.к.

12.Круговые процессы. КПД идеального и реального цикла Карно, их расхождение.

Круговой процесс — процесс, при котором газ, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное.

Если круговой процесс на диаграмме P-V протекает по часовой стрелке, то часть тепловой энергии, полученной от нагревателя,

30