РАЗДЕЛ 2. молекулярная физика
|
Понятие | Определение, формула, уравнение |
См.
в Конспекте лекций (семестр 2)
|
Абсолютный нуль |
См. Нуль абсолютный
|
4.3
|
Адиабата
|
График адиабатического процесса в координатах P-V.
|
4.4
|
Вероятность термодинамическая
|
Термодинамическая вероятность состояния системы  – число способов, которыми может быть реализовано данное состояние макросистемы (число микросостояний, осуществляющих данное макросостояние, или статистический вес данного макросостояния).
|
4.5
|
Вес статистический
|
См. Вероятность термодинамическая
|
|
Время свободного пробега среднее
|
Среднее время свободного пробега время между двумя последовательными столкновениями; зависит от средней скорости v молекул и средней длины свободного пробега  :
 .
|
4.1
|
Газ идеальный
|
Если в газе средняя потенциальная энергия взаимодействия молекул значительно меньше их средней кинетической энергии, то такой газ называется идеальным. Реальный газ близок по своим свойствам к идеальному при достаточном разрежении.
|
4.1
4.2
|
Давление
|
Давление - отношение нормальной компоненты силы, действующей на поверхность, к площади поверхности.
Давление – один из внутренних параметров термодинамической системы.
Давление газа пропорционально числу молекул газа
и среднему значению кинетической энергии поступательного движения молекулы газа.
|
4.1
|
Двигатель тепловой
|
Устройство, преобразующее энергию сгорающего топлива в полезную работу, приводя в движение какой-либо механизм.
|
4.5
|
Длина свободного пробега средняя
|
Средняя длина свободного пробега – среднее расстояние, пробегаемое молекулой газа между двумя последовательными столкновениями, определяется формулой:
 ,
где σ- площадь эффективного поперечного сечения соударения молекул, n- концентрация молекул.
|
4.1
|
Закон возрастания энтропии (неравенство Клаузиуса)
|
Энтропия изолированной системы может либо возрастать (в случае необратимых процессов), либо оставаться постоянной (в случае обратимых процессов):
 .
|
4.5
|
Закон Бойля-Мариотта для изотермического процесса
|
 ,
если количество вещества и температура T постоянны.
|
4.4
|
Закон Гей-Люссака для изобарического процесса
|
если количество вещества и давление P постоянны.
|
4.4
|
Закон Шарля для изо-хорического процесса
|
если количество вещества  и объем V постоянны.
|
4.4
|
Изобара
|
График изобарического процесса в координатах V-T.
|
4.4
|
Изохора
|
График изохорического процесса в координатах P-T
|
4.4
|
Изотерма
|
График изотермического процесса в координатах P-V
|
4.4
|
Изэнтропа
|
График адиабатического процесса в координатах T-S
|
4.4
|
Концентрация
|
Концентрация n – число частиц в единице объема, связана с плотностью, молярной массой и числом Авогадро соотношением:
 .
|
|
Количество тепла
|
Количество энергии, переданное системой (системе) в процессе теплообмена, называют количеством теплоты, или теплотой Q
|
4.3
|
Коэффициент полезного действия термический
|
 .
Термический коэффициент полезного действия любой тепловой машины, работающей в интервале температур Т1 и Т2 , не может быть больше КПД машины, работающей по циклу Карно в том же интервале температур.
|
4.5
|
Коэффициент полезного действия цикла Карно
|
КПД идеального цикла Карно зависит только от температуры нагревателя и холодильника.
|
4.5
|
Коэффициент Пуассона
|
|
4.4
|
КПД
|
См. Коэффициент полезного действия
|
|
Масса молярная
|
Масса одного моля вещества. Молярная масса  измеряется в кг/моль, связана с массой одной молекулы m0 (N = 1) соотношением:
|
4.1
|
Метод статистической физики
|
Метод статистической физики состоит в изучении свойств макроскопических тел, исходя из свойств частиц (молекул, атомов), составляющих тела, и из взаимодействий этих частиц.
|
4.1
|
Молекулярная физика
|
молекулярная физика изучает состояние и поведение макроскопических объектов при внешних воздействиях (нагревании, деформации, действии электромагнитного поля), процессы переноса (теплопроводность, вязкость, диффузию), фазовые превращения (кристаллизацию, плавление, испарение и т.д.)
|
4.1
|
Молекулярно-кинетическая теория (МКТ)
|
Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) основана на статистическом методе, поэтому иногда ее называют статистической физикой. МКТ изучает микроскопическую структуру макроскопических объектов.
|
4.1
|
Моль
|
Количество вещества, которое содержит столько же частиц (атомов или молекул), сколько атомов содержится в 12 граммах углерода.
|
4.1
|
Нагреватель
|
Тело, температура которого больше, чем температура рабочего тела.
|
4.5
|
Начало термодинамики второе
|
Второе начало определяет условия, при которых возможны эти превращения, то есть определяет возможные направления протекания процессов.
Возможны несколько эквивалентных формулировок второго закона термодинамики:
-невозможно протекание самопроизвольного процесса, сопровождающееся уменьшением энтропии системы, ибо это означало бы самопроизвольный переход системы в менее вероятное состояние;
-невозможен самопроизвольный переход тепла от тела менее нагретого к телу более нагретому;
-невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых был бы переход тепла от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому;
-невозможен вечный двигатель второго рода, т.е. такой периодически действующий двигатель, который получал бы тепло от одного источника и превращал бы это тепло полностью в работу.
В формулировке Зоммерфельда второе начало термодинамики звучит так: «При реальных (в современной терминологии - необратимых) процессах энтропия замкнутой системы возрастает":
или
|
4.5
|
Нормировки условие для функции плотности вероятности
|
|
4.2
|
Нуль температуры абсолютный
|
Начало отсчета по шкале Кельвина.
Характеризует основное состояние системы многих частиц, т.е. состояние , обладающее наименьшей возможной энергией, которой соответствуют «нулевые» колебания атомов. При абсолютном нуле энтропия любого тела должна равняться нулю (теорема Нернста). Температура, при которой объем газа приближается к нулю при постоянном давлении газа.
|
4.3
|
Параметры состояния термодинамической системы внутренние
|
Внутренние параметры – это величины, характеризующие свойства самой системы – например, давление P и температура T.
|
4.3
|
Параметры состояния термодинамической системы внешние
|
Внешние параметры – это величины, характеризующие свойства внешних тел. В отсутствие внешних полей газ имеет единственный внешний параметр – объем V.
|
4.3
|
Плотность вещества
|
Величина, характеризующая распределение массы в пределах тела. Для однородных тел:
 ,
для неоднородных тел плотность в данной точке:
 .
|
4.1
|
Плотность вероятности распределения молекул по скоростям
|
См. функция распределения молекул по скоростям.
|
4.2
|
Показатель степени адиабаты
|
См. Коэффициент Пуассона
|
4.4
|
Поперечное сечение соударения молекул эффективное
|
= d2 ,
где d – удвоенный радиус молекулы.
|
4.2
|
Постоянная Больцмана
|
 ,
где  - универсальная газовая постоянная,  - число Авогадро.
|
4.1
|
Постоянная Пуассона
|
См. Коэффициент Пуассона
|
|
Постоянная газовая универсальная
|
R=  ,
где  - масса одной молекулы газа, - молярная масса этого газа
R =8,31 Дж/К·моль
|
4.1
4.3
|
Принцип Больцмана
|
см. формула Больцмана
|
|
Процесс адиабатический (изэнтропический)
|
Адиабатический процесс осуществляется в термодинамической системе без теплообмена с внешней средой. Математически условие адиабатического процесса записывается в виде:
Q = 0.
|
4.4
|
Процесс изобарический
|
Процесс, протекающий без изменения давления в термодинамической системе.
|
4.4
|
Процесс изотермический
|
Процесс, протекающий без изменения температуры термодинамической системы.
|
4.4
|
Процесс изохорический
|
Процесс, протекающий без изменения объема термодинамической системы.
|
4.4
|
Процесс неравновесный (необратимый)
|
Процесс, который не является равновесным (см. процесс равновесный). Неравновесный процесс является необратимым.
|
4.3
|
Процесс равновесный (квазистатический, обратимый)
|
Процесс называют равновесным, если внешние условия меняются так медленно, что в любой момент времени систему можно считать равновесной. Равновесным может быть только бесконечно медленный, или квазистатический процесс. Равновесный процесс можно провести в обратном направлении, при этом система проходит через те же состояния, что и при прямом процессе, такой процесс называется обратимым.
|
4.3
|
Процесс термодинамический
|
Переход термодинамической системы из одного состояния в другое, сопровождающийся изменением хотя бы одного из параметров системы.
|
4.3
|
Работа термодинамической системы
|
Количество энергии А, переданное системой (системе) в процессе расширения или сжатия газа, называют работой
|
4.3
4.4
|
Работа идеального газа в изотермическом процессе
|
|
4.4
|
Работа идеального газа в изобарическом процессе
|
 
|
4.4
|
Работа идеального газа в изохорическом процессе
|
А = 0, так как V = 0.
|
4.4
|
Работа идеального газа в адибатическом процессе
|
 ,
 .
|
4.4
|
Рабочее тело
|
Газ или пар, который совершает работу при расширении.
|
4.3
4.4
|
Система адиабатически изолированная
|
Если система не поглощает и не отдает тепло, то она называется адиабатически изолированной.
|
4.3
|
Система замкнутая
|
Система может считаться замкнутой, если отсутствует обмен веществом между системой и окружающей средой.
|
4.3
|
Системы макроскопические |
Это такие тела, масштабы которых привычны для человека. Макроскопические системы состоят из большого числа частиц (молекул или атомов)
|
4.3
|
Система термодинамическая |
Термодинамической системой называют совокупность макроскопических тел, которые могут взаимодействовать между собой и с другими телами (внешней средой) – обмениваться с ними энергией и веществом.
|
4.3
|
Скорость наиболее вероятная
|
|
4.2
|
Скорость средняя квадратичная
|
|
4.2
|
Скорость средняя
|
|
4.2
|
Состояние равновесное
|
Если все параметры макроскопической системы имеют определенные значения, остающиеся при неизменных внешних условиях постоянными сколь угодно долго, то такое состояние системы называется равновесным, или статическим.
|
4.3
|
Состояние неравновесное
|
состояние термодинамической системы называется неравновесным, если c течением времени параметры термодинамической системы изменяются.
|
4.3
|
Среда окружающая
|
Тела, не входящие в термодинамическую систему, называются внешними телами или окружающей средой.
|
4.3
|
Степеней свободы число
|
Числом степеней свободы молекулы называется количество независимых координат, с помощью которых может быть однозначно задано положение молекулы в пространстве
|
4.2
|
Температура абсолютная
|
Измеряется по шкале Кельвина.
Температура в кельвинах и температура в градусах
Цельсия связаны следующим соотношением:
 .
|
4.3
|
Теорема о равнораспределении энергии по степеням свободы
|
На каждую поступательную и вращательную степень свободы молекулы приходится средняя энергия равная  , а на каждую колебательную степень свободы приходится средняя энергия, равная kT, которая делится поровну между потенциальной и кинетической энергией.
|
4.2
|
Теорема Карно
|
КПД цикла Карно является верхним пределом для КПД тепловых машин, работающих в заданном интервале температур, не зависит от рабочего тела и от конструкции двигателя.
|
4.5
|
Теплоемкость тела |
Теплоемкостью тела (системы) называют количество тепла, которое необходимо сообщить этому телу, чтобы увеличить его температуру на один кельвин:
 .
Размерность теплоемкости  =  .
|
4.3
|
Теплоемкость молярная
|
Теплоемкость, отнесенная к одному молю вещества, называется молярной теплоемкостью (C):
 .
Размерность молярной теплоемкости [C] =  .
|
4.3
|
Теплоемкость молярная изохорическая идеального газа
|
|
4.3
|
Теплоемкость молярная изобарическая идеального газа
|
|
4.3
|
Теплоемкость удельная
|
Теплоемкость, отнесенная к единице массы вещества, называется удельной теплоемкостью (c):
 .
Размерность удельной теплоемкости [с] = 
|
4.3
|
Теплопередача
|
Процесс передачи тепла термодинамической системе без совершения работы над системой.
|
4.3
4.5
|
Теплота приведенная
|
Отношение количества теплоты, полученного системой в изотермическом процессе, к температуре этого процесса называется приведенной теплотой.
|
4.5
|
Термодинамика
|
Термодинамика – раздел физики, основанный на термодинамическом методе изучения макроскопических объектов как сплошной среды, не имеющей внутренней структуры. В основе термодинамики лежат несколько основных законов (начал), которые являются обобщением экспериментальных данных и выполняются независимо от конкретной природы макроскопической системы.
Термодинамика возникла как наука о движущих силах, возникающих при тепловых процессах, о закономерностях превращения энергии в различных макросистемах, как теория тепловых машин.
|
4.3
|
Термодинамический метод
|
Термодинамический метод описания макроскопической системы состоит в изучении физических свойств системы путем анализа условий и количественных соотношений для процессов превращения энергии в системе.
|
4.3
|
Уравнение основное МКТ
|
|
4.1
|
Уравнение Пуассона
|
|
4.4
|
Уравнение состояния идеального газа (Менделеева-Клапейрона)
|
|
4.1
|
Уравнение Майера
|
|
4.3
|
Уравнение основное термодинамики
|
Если система совершает равновесный переход из состояния 1 в 2 , то изменение энтропии равно:
 .
|
4.5
|
Условие нормировки для функции плотности вероятности
|
См. Нормировки условие для функции плотности вероятности
|
|
Формула Больцмана для энтропии (принцип Больцмана)
|
 ,
где Ω – термодинамическая вероятность состояния системы.
|
4.5
|
Формула барометрическая
|
Если температура воздуха Т и ускорение свободного падения g не меняются с высотой, то давление воздуха Р на высоте h, отсчитанной от некоторого уровня, принятого за начальный, связано с давлением Р0 на этом начальном уровне экспоненциальной зависимостью:
 .
|
4.2
|
Функция Максвелла для распределения молекул по скоростям
|
|
4.2
|
Функция Максвелла для распределения молекул по кинетическим энергиям
|
 ,
где А – нормировочный множитель.
|
4.2
|
Функция Больцмана для распределения молекул по потенциальным энергиям
|
|
4.2
|
Холодильник
|
Тело, температура которого меньше температуры рабочего тела.
|
4.5
|
Функция Больцмана для распределения молекул по высоте
|
|
4.2
|
Цикл
|
Круговым процессом или циклом, называют такой процесс, в результате которого термодинамическая система возвращается в исходное состояние.
|
4.5
|
Цикл Карно
|
Обратимый циклический процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат.
|
4.5
|
Цикл прямой
|
Если за цикл газ совершает положительную работу, то такой круговой процесс называется прямым циклом, или циклом тепловой машины (теплового двигателя). При прямом цикле система получает некоторое количество тепла, и газ совершает работу за счет сообщенной ему теплоты.
|
|
Цикл обратный
|
Если за цикл газ совершает отрицательную работу, то такой круговой процесс называется обратным циклом, или циклом холодильной машины (холодильника). В обратном цикле над газом совершается работа и от него отводится тепло.
|
4.5
|
Число Авогадро
|
числом Авогадро называется число атомов, содержащееся в 12 граммах углерода или в одном моле вещества:
 моль-1.
|
4.1
|
Число степеней свободы
|
См. Степеней свободы число
|
4.2
|
Энергия внутренняя идеального газа
|
Внутренняя энергия идеального газа равна суммарной кинетической энергии движения молекул:
 .
U – функция состояния газа, зависящая только от параметров газа в данном состоянии и не зависящая от способа, каким газ был приведен в это состояние.
Внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры газа.
|
4.3
|
Энергия внутренняя одного моля идеального газа
|
|
4.3
|
Энергия внутренняя произвольной массы газа идеального газа
|
|
4.3
|
Энергия внутренняя термодинамической системы
|
Аддитивная функция состояния термодинамической системы. Внутренней энергией термодинамической системы называется энергия тел, входящих в систему, за вычетом кинетической энергии тел, как целого и потенциальной энергии взаимодействия с телами, не входящими в систему.
|
4.3
|
Энергия средняя кинетическая поступательного движения
|
|
4.2
|
Энтропия
|
Понятие энтропии в термодинамике применяется для определения меры необратимого рассеяния энергии как однозначная аддитивная функция состояния термодинамической системы, остающаяся постоянной при равновесных адиабатических процессах:
В статистической физике - как мера вероятности осуществления данного макроскопического состояния системы.
|
4.5
|
Энтропия –изменение в изолировангных системах в обратимых процессах
|
|
4.5
|
Энтропия–изменение в изолированных в необратимых процессах
|
|
4.5
|
Энтропия – изменение в открытых системах
|
Энтропия открытых (неизолированных) систем может вести себя любым образом.
|
4.5
|
.
