БИЛЕТ№1. 1ВОПР. Молекулярно-кинетическая теория, её основн.положения и их опытное обоснование. Молекулярно-кинетическая теория — это раздел физики, изучающий свойства различных состояний вещества, основывающийся на представлениях о существовании молекул и атомов как мельчайших частиц вещества. В основе МКТ лежат три основных положения:1. Все вещества состоят из мельчайших частиц: молекул, атомов или ионов.2. Эти частицы находятся в непрерывном хаотическом движении, скорость которого определяет температуру вещества.3. Между частицами существуют силы притяжения и отталкивания, характер которых зависит от расстояния между ними……Основные положения МКТ подтверждаются многими опытными фактами. Существование молекул, атомов и ионов доказано экспериментально, молекулы достаточно изучены и даже сфотографированы с помощью электронных микроскопов. Способность газов неограниченно расширяться и занимать весь предоставленный им объем объясняется непрерывным хаотическим движением молекул. Упругость газов, твердых и жидких тел, способность жидкостей смачивать некоторые твердые тела, процессы окрашивания, склеивания, сохранения формы твердыми телами и многое другое говорят о существовании сил притяжения и отталкивания между молекулами. Явление диффузии — способность молекул одного вещества проникать в промежутки между молекулами другого — тоже подтверждает основные положения МКТ. Явлением диффузии объясняется, например, распространение запахов, смешивание разнородных жидкостей, процесс растворения твердых тел в жидкостях, сварка металлов путем их расплавления или путем давления. Подтверждением непрерывного хаотического движения молекул является также и броуновское движение — непрерывное хаотическое движение микроскопических частиц, нерастворимых в жидкости. Движение броуновских частиц объясняется хаотическим движением частиц жидкости, которые сталкиваются с микроскопическими частицами и приводят их в движение. Опытным путем было доказано, что скорость броуновских частиц зависит от температуры жидкости. Теорию броуновского движения разработал А. Эйнштейн. Законы движения частиц носят статистический, вероятностный характер. Известен только один способ уменьшения интенсивности броуновского движения — уменьшение температуры. Существование броуновского движения убедительно подтверждает движение молекул.Любое вещество состоит из частиц, поэтому количество вещества v принято считать пропорциональным числу частиц, т. е. структурных элементов, содержащихся в теле. Единицей количества вещества является моль. Моль — это количество вещества, содержащее столько же структурных элементов любого вещества, сколько содержится атомов в 12 г углерода С12. Отношение числа молекул вещества к количеству вещества называют постоянной Авогадро.Постоянная Авогадро показывает, сколько атомов и молекул содержится в одном моле вещества. Молярная масса — масса одного моля вещества, равная отношению массы вещества к количеству вещества:М = m/v. Молярная масса выражается в кг/моль Средняя масса молекул обычно определяется химическими методами, постоянная Авогадро с высокой точностью определена несколькими физическими методами. Массы молекул и атомов со значительной степенью точности определяются с помощью масс-спектрографа. Второе положение МКТ о непрерывном движении частиц подтверждают такие явления, как броуновское движение и диффузия. Причина броуновского движения - тепловое движение молекул среды и отсутствие точной компенсации ударов, испытываемых частицей со стороны окружающих ее молекул. Удары молекул среды приводят частицу в беспорядочное движение: скорость ее меняется по величине и направлению. Вследствие теплового движения частиц наблюдается явление диффузии, которое характеризуется проникновением молекул одного вещества между молекулами другого вещества при их соприкосновении. Диффузия имеет место в газах, жидкостях и твердых телах. Наиболее быстро диффузия происходит в газах, медленнее - в жидкостях, еще медленнее - в твердых телах. Скорость диффузии определяется характером теплового движения частиц в этих средах. Диффузия играет существенную роль в природе. Так, например, диффузия газов обеспечивает однородность атмосферы вблизи поверхности Земли. Диффузия способствует нормальному питанию растений, животных и т. д. Подтверждением третьего положения МКТ о взаимодействии частиц является возникновение упругих сил при деформациях тел, существование различных агрегатных состояний (твердого, жидкого, газообразного) одного и того же вещества.

БИЛЕТ №2 1 ВОПР. Идеальный газ - модель реального газа, которая удовлетворяет следующим требованиям:

• Расстояние между молекулами гораздо больше их размеров (молекулы можно считать материальными точками);

• Силами взаимодействия, кроме моментов соударения, можно пренебречь (потенциальная энергия взаимодействия молекул по сравнению с кинетической энергией хаотического движения пренебрежимо мала);

• Столкновение молекул друг с другом и со стенками абсолютно упругое;

• Движение каждой молекулы подчиняется классическим законам динамики Ньютона.

• Реальный разреженный газ приблизительно ведет себя как идеальный газ.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа устанавливает связь между макроскопической величиной - давлением, которое может быть измерено, например манометром, и микроскопическими величинами, характеризующими молекулу: p=одна третья,m нулевая n v в квадрате, где р - давление, m₀- масса молекулы, п - концентрация (число молекул в единице объема), v²- средний квадрат скорости молекул. Идеальным принято считать газ, если: а) между молекулами отсутствуют силы притяжения, т. е. молекулы ведут себя как абсолютно упругие тела; б) газ очень разряжен, т.е. расстояние между молекулами намного больше размеров самих молекул;в) тепловое равновесие по всему объему достигается мгновенно. Условия, необходимые для того, чтобы реальный газ обрел свойства идеального, осуществляются при соответствующем разряжении реального газа. Некоторые газы даже при комнатной температуре и атмосферном давлении слабо отличаются от идеальных. Основными параметрами идеального газа являются давление, объем и температура.Одним из первых и важных успехов МКТ было качественное и количественное объяснение давления газа на стенки сосуда. Качественное объяснение заключается в том, что молекулы газа при столкновениях со стенками сосуда взаимодействуют с ними по законам механики как упругие тела и передают свои импульсы стенкам сосуда.

    БИЛЕТ№3 1ВОПР. Уравнение состояния идеального 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:

Р*V(внизу-м)=R*T

где

• p— давление,

• V(внизу-м — молярный объём,

• R — универсальная газовая постоянная

• T — абсолютная температура,К.

Уравнение Менделеева—Клапейрона показывает, что возможно одновременное изменение трех параметров, характеризующих состояние идеального газа. Однако многие процессы в газах, происходящие в природе и осуществляемые в технике, можно рассматривать приближенно как процессы, в которых изменяются лишь два параметра. Особую роль в физике и технике играют три процесса: изотермический, изохорный и изобарный.Изопроцессом называют процесс, происходящий с данной массой газа при одном постоянном параметре — температуре, давлении или объеме. Из уравнения состояния как частные случаи получаются законы для изопроцессов. Изотермическим называют процесс, протекающий при постоянной температуре. Т = const. Он описывается законом Бойля—Мариотта: pV = const.Изохорным называют процесс, протекающий при постоянном объеме. Для него справедлив закон Шарля: V = const, p/T = const.

БИЛЕТ№4 1вопр. Насыщенный пар. Зависимость давления насыщенного пара от температуры.Кипение. Критическая температура. Насы́щенный пар — это пар, находящийся в термодинамическом равновесии с жидкостью или твёрдым телом того же состава.Давление насыщенного пара связано определённой для данного вещества зависимостью от температуры. Когда внешнее давление падает ниже давления насыщенного пара, происходит кипение (жидкости) или возгонка (твёрдого тела); когда оно выше — напротив, конденсация или десублимация. Испарение – процесс превращения жидкости в парКонденсация – процесс превращения пара в жидкостьИспарение и Конденсация –взаимно компенсирующие процессы. Давление насыщенного пара1.Концентрация молекул насыщенного пара при постоянной температуре не зависит от его объёма.2.Так как давление пропорционально концентрации молекул(p=nkT), то из этого следует, что давление насыщенного пара не зависит от занимаемого им объёма.Давление насыщенного пара(p_н.п.) – такое давление пара, при котором жидкость находится в равновесии со своим паром. Зависимость давления насыщенного пара от температуры 1.С ростом температуры давление растёт. Так как давление насыщенного пара не зависит от объёма, то, следовательно, оно зависит только от температуры.2.При нагревании жидкости в закрытом сосуде часть жидкости превращается в пар. В результате, согласно формуле(p=nkT), давление насыщенного пара растет не только вследствие повышения температуры, но и вследствие увеличения концентрации молекул(плотности) пара. 3.Главное различие в поведении идеального газа и насыщенного пара состоит в том, что при изменении температуры в закрытом сосуде (или при изменении объёма при постоянной температуре) меняется масса пара. Жидкость частично превращается в пар, или, напротив, пар частично конденсируется. С идеальным газом ничего подобного не происходит. Кипение Кипение - превращение жидкости в пар по всему объёму жидкости при постоянной температуре.

Зависимость температуры кипения от давления.

• Жидкость кипит тогда, когда давление её насыщенного пара = внешнему давлению.

• Температура кипения - температура жидкости, при которой давление её насыщенного пара равно или превышает внешнее давление.

Особенности жидкости при кипении: 1)при постоянном внешнем давлении Т жидкости постоянна. 2)с повышением внешнего давления температура кипения повышается, с понижением – понижается.3)температура кипения зависит от наличия примесей.

БИЛЕТ№5. Внутренняя энергия.Способы изменения внутренней энергии.Работа в термодинамике.Количество теплоты. Согласно MKT все вещества состоят из частиц, которые находятся в непрерывном тепловом движении и взаимодействуют друг с другом. Поэтому, даже если тело неподвижно и имеет нулевую потенциальную энергию, оно обладает энергией (внутренней энергией), представляющей собой суммарную энергию движения и взаимодействия микрочастиц, составляющих тело. В состав внутренней энергии входят:

1. кинетическая энергия поступательного, вращательного и колебательного движения молекул;

2. потенциальная энергия взаимодействия атомов и молекул;

3. внутриатомная и внутриядерная энергии.

В термодинамике рассматриваются процессы при температурах, при которых не возбуждается колебательное движение атомов в молекулах, т.е. при температурах, не превышающих 1000 К. В этих процессах изменяются только первые две составляющие внутренней энергии. Поэтому под внутренней энергией в термодинамике понимают сумму кинетической энергии всех молекул и атомов тела и потенциальной энергии их взаимодействия. Внутренняя энергия тела определяет его тепловое состояние и изменяется при переходе из одного состояния в другое. В данном состоянии тело обладает вполне определенной внутренней энергией, не зависящей от того, в результате какого процесса оно перешло в данное состояние. Поэтому внутреннюю энергию очень часто называют функцией состояния тела. Изменение внутренней энергии Для решения практических вопросов существенную роль играет не сама внутренняя энергия, а ее изменение ΔU = U₂ - U₁. Изменение же внутренней энергии рассчитывают, исходя из законов сохранения энергии.

Внутренняя энергия тела может изменяться двумя способами:

1. При совершении механической работы.

а) Если внешняя сила вызывает деформацию тела, то при этом изменяются расстояния между частицами, из которых оно состоит, а следовательно, изменяется потенциальная энергия взаимодействия частиц. При неупругих деформациях, кроме того, изменяется температура тела, т.е. изменяется кинетическая энергия теплового движения частиц. Но при деформации тела совершается работа, которая и является мерой изменения внутренней энергии тела.

б) Внутренняя энергия тела изменяется также при его неупругом соударении с другим телом. Как мы видели раньше, при неупругом соударении тел их кинетическая энергия уменьшается, она превращается во внутреннюю (например, если ударить несколько раз молотком по проволоке, лежащей на наковальне, — проволока нагреется). Мерой изменения кинетической энергии тела является, согласно теореме о кинетической энергии, работа действующих сил. Эта работа может служить и мерой изменения внутренней энергии.

в) Изменение внутренней энергии тела происходит под действием силы трения, поскольку, как известно из опыта, трение всегда сопровождается изменением температуры трущихся тел. Работа силы трения может служить мерой изменения внутренней энергии.

2. При помощи теплообмена. Например, если тело поместить в пламя горелки, его температура изменится, следовательно, изменится и его внутренняя энергия. Однако никакая работа здесь не совершалась, ибо не происходило видимого перемещения ни самого тела, ни его частей.

Изменение внутренней энергии системы без совершения работы называется теплообменом (теплопередачей).

Существует три вида теплообмена: теплопроводность, конвекция и излучение.

а) Теплопроводностью называется процесс теплообмена между телами (или частями тела) при их непосредственном контакте, обусловленный тепловым хаотическим движением частиц тела. Амплитуда колебаний молекул твердого тела тем больше, чем выше его температура. Теплопроводность газов обусловлена обменом энергией между молекулами газа при их столкновениях. В случае жидкостей работают оба механизма. Теплопроводность вещества максимальна в твердом и минимальна в газообразном состоянии.

б) Конвекция представляет собой теплопередачу нагретыми потоками жидкости или газа от одних участков занимаемого ими объема в другие.

в) Теплообмен при излучении осуществляется на расстоянии посредством электромагнитных волн.

БИЛЕТ№6. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к различным изопроцессам. Первый закон термодинамики: изменение внутренней энергии системы равно сумме количества теплоты, переданной системе, и работы внешних сил, совершенной над системой.

ΔU = Q + A

где ΔU- изменение внутренней энергии, Q- количество теплоты, преданное системе, A- работа внешних сил.

Работа самой системы  A` = -A, тогда первый закон термодинамики можно сформулировать так:

Количество теплоты, переданное системе, идёт на измене её внутренней энергии и на совершение системой работы.

Применение первого закона термодинамики

 к различным изопроцессам.

 

1. Изотермический процесс.

При изотермическом процессе температура не изменяется, следовательно ΔТ = 0, поэтому ΔU=0.

Тогда первый закон термодинамики принимает вид:   Q = А`. Всё получаемое количество теплоты идёт на совершение работы.

 

2. Изохорный процесс.

При изохорном процессе объём газа не меняется, а следовательно работа газом не совершается, т.е.А`=0.

Поэтому первый закон термодинамики принимает вид:   Q =ΔU . Всё получаемое количество теплоты идет на изменение внутренней энергии.

 

3. Изобарный процесс.

 

При изобарном процессе переданное газу количество теплоты идёт на изменение внутренней энергии и на совершение работы:

.

4. Адиабатный процесс.

При адиабатном процессе отсутствует теплообмен с окружающей средой, т.е. Q = 0.

Тогда первый закон термодинамики принимает вид:   A`= - ΔU. Газ совершает работу за счёт уменьшения своей внутренней энергии (при расширении газ охлаждается).