Молекулярная физика и термодинамика

Молекулярная физика и термодинамика

Общие положения. Предмет изучения и различия в подходе (термодинамический и статистический методы). Два основных положения молекулярно-кинетической теории. Молекулярная и атомная массы. Моль вещества, молярная масса. Число Авогадро. Термодинамические параметры системы (температура, объем, давление). Шкалы температур Цельсия и Кельвина, соотношение между ними.Равновесное и неравновесное состояния системы. Равновесный (обратимый) и неравновесный процессы. Круговой процесс.

Первое начало термодинамики. Работа и теплотакак способы изменения внутренней энергии. Внутренняя энергия системы, ее определение с точки зрения молекулярной физики и термодинамики. Внутренняя энергия как функция состояния системы. Первое начало термодинамики как отражения закона сохранения энергии. Работа газа при изменении его объема.Графическое представление работы газа. Графическое представление работы газа при циклическом процессе. Теплоёмкость: полная, удельная, молярная.

Идеальный газ, его определение с точки зрения молекулярной физики и термодинамики. Эмпирические газовые законы: Бойля-Мариотта, Шарля и Гей-Люссака для соответствующих изопроцессов. Уравнение состояния идеального газа. Закон Авогадро. Уравнение Клапейрона-Менделеева. Уравнение кинетической теории для давления (основное уравнение молекулярно-кинетической теории). Постоянная Больцмана. Закон Дальтона.

Внутренняя энергия идеального газа. Степени свободы молекул (поступательные, вращательные, колебательные). Распределение энергии молекул по степеням свободы. Средняя кинетическая энергия молекул. Внутренняя энергия идеального газа, его молярная и удельная теплоемкости при постоянном объеме и при постоянном давлении.Физический смысл универсальной газовой постоянной. Уравнение Майера.Сравнение теории теплоемкости идеального газа с экспериментом: «вымерзание» степеней свободы на примере двухатомного газа. Адиабатический процесс. Уравнение адиабаты. Показатель адиабаты.Теплоемкости в изотермическом и адиабатическом процессах. Работа идеального газа при изохорическом, изобарическом, изотермическом и адиабатическом процессах.

Тепловые машины, их коэффициент полезного действия. Максимальный коэффициент полезного действия тепловых машин на примере обратимого цикла Карно.

Статистические распределения молекул. Понятие функции распределения, условие нормировки. Функция распределения Максвелла по скоростям молекул. Наиболее вероятная, средняя и средняя квадратичная скорости, их зависимость от молярной массы газа и температуры. Барометрическая формула. Зависимость давления на заданной высоте от молярной массы газа и температуры. Функция распределения Больцмана для концентрации молекул в потенциальном поле.

Второе начало термодинамики. Понятие энтропии. Энтропия как функция состояния системы. Изменение энтропии как интеграл от приведенного количества теплоты.Возрастание энтропии при необратимом процессе. Энтропия и вероятность состояния системы. Макро- и микросостояния системы. Термодинамическая вероятность. Формула Больцмана. Энтропия идеального газа.Формулировки второго начала термодинамики: неубывание энтропии (энтропийная формулировка); невозможность полного превращения тепла в работу (формулировка Планка-Томсона); невозможность самопроизвольной передачи теплоты от менее нагретого тела более нагретому (формулировка Клаузиуса). Вечные двигатели первого и второго рода.

Реальные газы. Физическое обоснование перехода от уравнения Менделеева-Клайперона к уравнению Ван-дер-Ваальса. Уравнение Ван-дер-Ваальса,его изотермы и их сравнение с экспериментальными изотермами реального газа. Диаграмма состояний реального газа. Давление насыщенных паров. Метастабильные состояния: пересыщенный пар и перегретая жидкость. Критическое состояние вещества, критические параметры. Внутренняя энергия реального газа.

Агрегатные состояния. Основные агрегатные состояния и фазовые переходы между ними. Теплоты плавления и парообразования.Силы поверхностного натяжения в жидкости. Кристаллическая решетка твердого тела.

Элементы физической кинетики. Эффективный диаметр и эффективное сечение молекулы. Средняя длина свободного пробега, ее зависимость от параметров системы.Явления переноса. Градиенты скорости, температуры и концентрации. Эмпирические уравнения вязкости, теплопроводности и диффузии.

Материал программы и единый банк контрольных тестовых вопросов разрабатывался и согласовывался всеми ведущими лекторами кафедры.

Профессора: Ярышев Н.А., Федоров Б.А., Бергер В.Н., Козлов С.А., Симовский К.Р., Стафеев С.К.

Доценты: Королёв А.А., Смирнов А.В., Трунёв В.В., Боярский К.К.

*) Жирным шрифтом выделены понятия, по которым предполагаются вопросы на знание формул.

*) Курсивом выделены понятия, которые не входят в программу с уменьшенным числом часов.

⇐ Предыдущая 1 23