7.5. Статистическая физика и термодинамика.
7.5.1. Пояснения к рабочей программе
При изучении основ статистической физики и термодинамики следует уяснить следующее. Существует два способа описания процессов, происходящих в макроскопических телах (т.е. телах, состоящих из очень большого числа частиц – атомов или молекул), - статистический и термодинамический.
Статистическая (молекулярная) физика пользуется вероятностными методами и истолковывает свойства тел, непосредственно наблюдаемых на опыте (такие, как давление и температура), как суммарный, усредненный результат действия отдельных молекул. Молекулярно-кинетическая теория позволяет раскрыть глубинный смысл экспериментальных закономерностей, например, таких как уравнение Менделеева-Клапейрона. При решении задач на эту тему основное внимание уделено таким вопросам программы, как уравнение Менделеева-Клапейрона, закон Дальтона для смеси газов (в контрольной работе это задачи 501-510), уравнение молекулярно-кинетической теории (в контрольной работе это задачи 511-520).
Следует обратить внимание на статистические законы. Распределение молекул идеального газа по скоростям описывает распределение Максвелла, а по потенциальным энергиям – распределение Больцмана. Зависимость давления от высоты для изотермической атмосферы описывается барометрической формулой. Этим вопросам посвящены задачи 521-530 контрольной работы.
При изучении явлений переноса, к которым относятся теплопроводность, диффузия и внутреннее трение, следует уяснить, что эти явления сходны между собой. В основе этого сходства лежит одинаковый молекулярный механизм перемешивания молекул в процессе их хаотического движения и столкновений друг с другом. Изучение явлений переноса посвящены задачи 531-540.
Важно усвоить, что термодинамика, в отличие от молекулярной физики, не изучает конкретные взаимодействия, происходящие с отдельными атомами или молекулами, а рассматривает взаимопревращения и связь различных видов энергии, теплоты и работы.
При изучении основ термодинамики нужно четко усвоить такие понятия как термодинамическая система, термодинамический процесс, внутренняя энергия, энтропия и т.д. Задачи контрольной работы охватывают такие важные соотношения и понятия как первое начало термодинамики, внутренняя энергия, работа при различных изопроцессах (задачи 541-550).
Задачи 551-560 посвящены изучению второго начала термодинамики, которые формулируются как закон возрастания энтропии. Этот закон определяет направление протекания термодинамических процессов.
7.5.2. Основные формулы
Уравнение состояния идеального газа
(уравнение
Менделеева-Клапейрона)
:
,
где р – давление газа;
V – его объем;
Т – термодинамическая температура (по шкале Кельвина);
R
– газовая постоянная
;
m – масса вещества;
– молярная масса.
Количество
вещества:
,
где N – число молекул;
– число
Авогадро (число молекул в 1 моле вещества).
Закон
Дальтона для смеси газов:
,
где р – давление смеси газов;
– давление
n-го
компонента смеси
(парциальное давление);
n – число компонентов смеси.
Основное уравнение молекулярно-кинетической
теории
газов:
,
где
n
– концентрация молекул:
.