Вопрос 40

Реальный газ — газ, который не описывается уравнением состояния идеального газа Клапейрона — Менделеева.Зависимости между его параметрами показывают, что молекулы в реальном газе взаимодействуют между собой и занимают определенный объём. Состояние реального газа часто на практике описывается обобщённым уравнением Менделеева — Клапейрона : где p — давление; V - объем T — температура; Zr = Zr (p,T) коэффициент сжимаемости газа; m - масса; М — молярная масса; R — газовая постоянная.у равнения состояния реального газа. Наиболее часто используются следующие уравнения состояния реального газа :Уравнение Ван-дер-Ваальса Уравнение Дитеричи Уравнение Бертло Уравнение Клаузиуса Уравнение Камерлинг — Оннеса. Уравнение состояния газа Ван-дер-Ваальса — уравнение, связывающее основные термодинамические величины в модели газа Ван-дер-Ваальса.Хотя модель идеального газа хорошо описывает поведение реальных газов при низких давлениях и высоких температурах, в других условиях её соответствие с опытом гораздо хуже. В частности, это проявляется в том, что реальные газы могут быть переведены в жидкое и даже в твёрдое состояние, а идеальные — не могут.Для более точного описания поведения реальных газов при низких температурах была создана модель газа Ван-дер-Ваальса, учитывающая силы межмолекулярного взаимодействия. В этой моделиU внутренняя энергия становится функцией не только температуры, но и объёма. Уравнение состояния Термическим уравнением состояния (или, часто, просто уравнением состояния) называется связь между давлением, объёмом и температурой. Для одного моля газа Ван-дер-Ваальса оно имеет вид: гдеp — давление,v — молярный объём,—t абсолютная температура,r — универсальная газовая постоянная. Видно, что это уравнение фактически является уравнением состояния идеального газа с двумя поправками. Поправка учитывает силы притяжения между молекулами (давление на стенку уменьшается, так как есть силы, втягивающие молекулы приграничного слоя внутрь), поправка — силы отталкивания (из общего объёма вычитаем объём, занимаемый молекулами).Для молей газа Ван-дер-Ваальса уравнение состояния выглядит так: где

— v объём. *График проекции сил взаимодействия. Взаимодействие двух молекул можно описать при помощи графика зависимости проекции равнодействующей Fr сил притяжения и отталкивания молекул от расстояния r между их центрами. Направим ось r от молекулы 2, центр которой совпадает с началом координат, к находящемуся от него на расстоянии r1 центру молекулы 2 (рис. 3, а). Будем считать, что молекула 1 неподвижна, а молекула 2 изменяет свое положение относительно молекулы 1. Тогда проекция силы отталкивания молекулы 2 от молекулы 1 на ось r будет положительной. Проекция силы притяжения молекулы 2 к молекуле 1 будет отрицательной. Силы отталкивания (рис. 3, б) гораздо больше сил притяжения на малых расстояниях (r < r0), но гораздо быстрее убывают с увеличением r. Начиная с некоторого расстояния rm, взаимодействием молекул можно пренебречь.

Вопрос 41

Пове́рхностное натяже́ние — термодинамическая характеристика поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемая работой обратимого изотермокинетического образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объём системы и химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными.

Поверхностное натяжение имеет двойной физический смысл — энергетический (термодинамический) и силовой (механический). Энергетическое (термодинамическое) определение: поверхностное натяжение — это удельная работа увеличения поверхности при её растяжении при условии постоянства температуры. Силовое (механическое) определение: поверхностное натяжение — это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости[1].Сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует и пропорциональна длине этого участка. Коэффициент пропорциональности — сила, приходящаяся на единицу длины контура — называется коэффициентом поверхностного натяжения. Он измеряется в ньютонах на метр. Но более правильно дать определение поверхностному натяжению, как энергии (Дж) на разрыв единицы поверхности (м²). В этом случае появляется ясный физический смысл понятия поверхностного натяжения. проявление Так как появление поверхности жидкости требует совершения работы, каждая среда «стремится» уменьшить площадь своей поверхности: в невесомости капля принимает сферическую форму (сфера имеет наименьшую площадь поверхности среди всех тел одинакового объёма).струя воды «слипается» в цилиндр. маленькие объекты с плотностью, большей плотности жидкости, способны «плавать» на поверхности жидкости, так как сила тяготения меньше силы, препятствующей увеличению площади жидкости. некоторые насекомые (например, Водомерки) способны передвигаться по воде, удерживаясь на её поверхности за счёт сил поверхностного натяжения. На многих поверхностях, именуемых не смачиваемыми, вода (или другая жидкость) собирается в капли Математическая теория Площадь поверхности поверхностью жидкости связана свободная энергия гдеQ — коэффициент поверхностного натяжения, — полная площадь поверхности жидкости[4]. Так как свободная энергия изолированной системы стремится к минимуму, то жидкость (в отсутствие внешних полей) стремится принять форму, имеющую минимальную площадь поверхности. Таким образом задача о форме жидкости сводится к изопериметрической задаче при заданных дополнительных условиях (начальное распределение, объём и т. п.). Свободная капля принимает форму шара, однако при более сложных условиях задача о форме поверхности жидкости становится исключительно сложной. Способы определения Способы определения поверхностного натяжения делятся на статические и динамические. В статических методах поверхностное натяжение определяется у сформировавшейся поверхности, находящейся в равновесии. Динамические методы связаны с разрушением поверхностного слоя. В случае измерения поверхностного натяжения растворов (особенно полимеров или ПАВ) следует пользоваться статическими методами. В ряде случаев равновесие на поверхности может наступать в течение нескольких часов (например, в случае концентрированных растворов полимеров с высокой вязкостью). Динамические методы могут быть применены для определения равновесного поверхностного натяжения и динамического поверхностного натяжения. Например, для раствора мыла после перемешивания поверхностное натяжение 58 мДж/м², а после отстаивания — 35 мДж/м² . То есть поверхностное натяжение меняется. До установления равновесного оно будет динамическое.Статические методы: 1 Метод поднятия в капилляре Метод Вильгельми Метод лежачей капли Метод определения по форме висячей капли .Метод вращающейся капли Динамические методы: Метjl дю Нуи (метод отрыва кольца). Сталагмометрический, или метод счета капель Метод максимального давления пузырька. Метод осциллирующей струи Метод стоячих волн Метод бегущих волн. Итак, высота h поднятия жидкости в капиллярных трубках зависит от радиуса R канала в трубке, поверхностного натяжения s и плотности r жидкости. Выведем формулу, связывающую эти величины. Наибольший интерес представляют случаи, когда жидкость хорошо смачивает стенки трубки, т. е. стремится растечься по поверхности стенок. Наш расчет будет относиться именно к этим случаям .Примем, что поверхность жидкости внутри капиллярной трубки имеет строго сферическую форму, радиус которой равен радиусу капилляра (рис. 432). Согласно формуле (255.1) непосредственно под вогнутым мениском давление жидкости меньше атмосферного давления pат на величину 2s/R, т. е. равно pат — 2s/R. На глубине h, соответствующей уровню жидкости в широком сосуде, к этому давлению прибавляется гидростатическое давление rgh. В широком сосуде на том же уровне, т. е. непосредственно под плоской свободной поверхностью жидкости, давление равно атмосферному давлению pат. Так как имеет место равновесие жидкости, то давления на одном и том же уровне равны. Следовательно, отсюда т. е. высота поднятия жидкости в капилляре пропорциональна ее поверхностному натяжению и обратно пропорциональна радиусу канала капилляра и плотности жидкости.Этой формулой можно воспользоваться для определения поверхностного натяжения а. Для этого надо только точно измерить высоту поднятия жидкости h и радиус трубки R. Зная ускорение свободного падения g и плотность жидкости r, найдем по формуле (257.1) значение а. Это один из употребительных способов определения а. Конечно, поверхность трубки и жидкость должны быть очень чисты.

21. Давление жидкости- это отношение силы к площади поперечного сечения. Давления измеряется в Паскалях. P=(дельте)F/ на (дельте)S. Па=М/М(в квадрате).

Закон Паскаля. Давление в любом мест покующейся жидкости одинаково по всему направлению. Причём давление передаётся одинаково по всему объёму.

Закон Архимеда. На тело погружённое в жидкость или в газ действует выталкивающая сила, численно равная весу вытесняемой жидкости :F(Архимеда)=p(это ро) gV.

28. Тепловое движение — процесс хаотического (беспорядочного) движения частиц, образующих вещество. Чаще всего рассматривается тепловое движение атомов и молекул. Параметры состояния системы - физические величины, имеющие объективную меру и характеризующие макроскопическое состояние системы: давление, температура, плотность, концентрации компонентов, магнитная индукция и т. п. Идеальный газ- это теоретическая модель газа; в которой пренебрегают размерами частиц газа, не учитывают силы взаимодействия между частицами газа, предполагая, что средняя кинетическая энергия частиц много больше энергии их взаимодействия, и считают, что столкновения частиц газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие. Изотермический процесс – это термодинамический процесс, протекающий в системе при постоянной температуре, чем выше температура тем дальше изотерма.

T=const.

(График изотермического процесса)

Закон Бойля-мариотта - закон, связывающий изменения объема газа при постоянной температуре с изменениями его упругости. Этот закон, открытый в 1660 г. англ. физиком Бойлем и позже, но, независимо от него, Мариоттом во Франции, по своей простоте и определенности занимает весьма важное место в науке, хотя позднейшие исследования показали существование отступлений от него и что закон относится собственно к так называемому идеальному газу.

62. Соленоидом (в переводе с греческого – трубкообразный) в электромагнетизме называют проводник электрического тока, намотанный по винтовой линии на цилиндрическую поверхность (катушку) с прямолинейной осью симметрии (на рисунке показан продольный разрез катушки). Особый интерес представляет магнитное поле внутри соленоида, длина которого значительно превосходит его диаметр. Внутри такого соленоида магнитная индукция имеет повсюду одно и то же направление, параллельное оси соленоида, и значит, линии поля параллельны между собой. (вормула для вычесления магнитной индукции).Тороид представляет собой тонкий провод, плотно (виток к витку) намотанный на каркас в форме тора .     Возьмём контур L в виде окружности радиуса r, центр которого совпадает с центром тора радиуса R. В силу симметрии вектор B в токе направлен по касательной. Следовательно:

где  – длина контура.

(2.8.1)

Потоком вектора магнитной индукции (магнитным потоком) через площадку dS называется скалярная физическая величина, которая равна (1) где B_n=Вcosα - проекция вектораВ на направление нормали к площадке dS (α — угол между векторами n и В), dS=dSn — вектор, у которого модуль равен dS, а направление его совпадает с направлением нормали n к площадке. Поток вектораВ может быть как положительным, так и отрицательным в зависимости от знака cosα (задается выбором положительного направления нормали n). Поток вектораВ обычно связывают с контуром, по которому течет ток. В этом случае положительное направление нормали к контуру нами задавалось: оно связывается с током правилом правого винта. Значит, магнитный поток, который создается контуром, через поверхность, ограниченную им самим, всегда положителен.

Теорема Гаусса для поля В: поток вектора магнитной индукции сквозь любую замкнутую поверхность равен нулю: (3) Эта теорема является отражением факта, что магнитные заряды отсутствуют, вследствие чего линии магнитной индукции не имеют ни начала, ни конца и являются замкнутыми.

69.Фотометрия — раздел оптики, занимающийся вопросами измерения интенсивности света и его источников. В фотометрии используются следующие величины:

1) энергетические — характеризуют энергетические параметры оптического излуче­ния безотносительно к его действию на приемники излучения;

2) световые — характеризуют физиологические действия света и оцениваются по воздействию на глаз (исходят из так называемой средней чувствительности глаза) или другие приемники излучения.

1) Поток излучения (Ф)-величина равная отношению энергии ко времени :Ф=W/t(Ватт)

2)Энергетическая светимость(I)-R_e — величина, равная отношению потока излучения Ф_e, испускаемого поверхностью, к площади S сечения, сквозь которое этот поток проходит:: R=Ф/S (ват на метр в квадрате) ; 3) Энергетическая освещённость Е_е характеризует величину потока из­лучения, падающего на единицу освещаемой поверхности(Вт/м); 4) Энергетическая сила света-I_e — величина, равная отношению потока излучения Ф_e источника к телесному углу w, в пределах которого это излучение распространяется:I=Ф/w(омега);5)энергетическая яркость-B_e — величина, равная отношению энергетической силы света DI_e, элемента излучающей поверхности к площади DS проекции этого элемента на плоскость, перпендикулярную направлению наблюдения: B=I/S(ватт на стерадиан-метр в квадрате) ; 6) Световой поток Ф определяется как мощность оптического излучения по вызыва­емому им световому ощущению (по его действию на селективный приемник света с заданной спектральной чувствительностью).( люмен (лм):)

СветимостьR определяется соотношением (люмен на метр в квадрате (лм/м²). ЯркостьВ_j светящейся поверхности в некотором направлении j есть величина, равная отношению силы света I в этом направлении к площади S проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению: кандела на метр в квадрате (кд/м²). ОсвещенностьЕ — величина, равная отношению светового потока Ф, падающего на поверхность, к площади S этой поверхности люкс (лк)

83. В 1913 году датский физик Нильс Бор (1885 – 1962) ввёл идеи квантовой теории в ядерную модель атома Резерфорда и разработал теорию атома водорода, которая подтвердилась всеми известными тогда опытами. Бор сформулировал в виде постулатов основные положения новой теории, которые налагали лишь некоторые ограничения на допускаемые классической физикой движения. Однако последовательной теории атома Бор не дал. Впоследствии теория Бора была включена как частный случай в квантовую механику. В основе теории Бора лежат два постулата. Первый постулат Бора: постулат стационарных состояний.Атомная система может находиться только в особых стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых соответствует определённая энергия En. В стационарном состоянии атом не излучает. Второй постулат Бора: правило частот.Излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией Ek в стационарное состояние с меньшей энергией En. Энергия излученного фотона равна разности энергий стационарных состояний: hvkn = Ek – En.